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摘要：隨著信息技術的發展和移動設備的普及，無線系統的技術和需求不斷增多。5g時代，不僅要提高網絡通信的容量，而且要提高網絡技術的安全性和高效性，5G相對4G來說，傳輸速度可達4G的百倍之多，且安全性更高。5G通信系統，預計在2020年大規模推廣和使用。基于室內和室外景象分離，詳細介紹了5G的技術應用，特別是大規模的MIMO。新技術在使用和推廣上，必定會遇到新的挑戰，比如新通信基站的建立、無線網絡和可見光通信技術等。

關鍵詞：5G；通信技術；物理層；關鍵技術

0引言

5G通信網絡的物理層主要由大規模的MIMO技術和毫米波通信技術作為技術支撐。5G主要利用高頻段進行通信，能夠實現大容量的網絡通信，為用戶提供高效、穩定、安全和實時的無線通信方式。網絡通信過程中，5G具有能耗低的優點，能夠為用戶提供更優質的服務。每一代網絡通信技術的革新，都需要一些關鍵技術提供支撐。

15G無線通信網絡簡介

5G是第五代移動通信網絡的簡稱。按照理論峰值，其傳輸速度可達10GB/s，比4G網絡的傳輸速度快數百倍[1]。換言之，一部大小為1G的電影可在8s內下載完成。5G的主要目標是讓終端用戶始終處于一個聯網狀態，所支持的設備不止手機，還有其他智能產品。

25G通信網絡的蜂窩結構

蜂窩結構是解決上述挑戰并滿足5G系統需求的一個調整點。由于戶外利用時間僅占總利用時間的20%左右，因此小區建筑物對網絡基站建設的影響較為突出。建筑物的墻體結構使無線網絡穿過墻體造成較大損耗，同時，降低了數據的傳輸速率和頻譜速率，大大降低了無線傳輸的能量[2]。5G蜂窩結構就是為解決這一問題而專門設計。為了充分利用傳輸能量，基站上的天線陣列需要DAS系統和MIMO技術共同輔助完成。當前的MIMO技術主要利用2～4根天線，大規模的MIMO技術系統會相應增加天線數量，以增加容量。室外基站配備大量分布在小區的大型天線陣列，通過光纖鏈接到BS，這受益于DAS和大規模MIMO技術。盡管現實生活中各種條件的限制，室外移動用戶的天線原件不能最大化使用，但最大化虛擬大型天線陣列與BS系統相結合，可形成強大的MIMO線路。因此，在建筑物外面安裝室外基站或者分布式的天線陣列很有必要，如果長期運行，將快速提升小區的吞吐量和頻譜效率。但是，要考慮到一點，即基站建設增加了很大成本。

35G物理層的關鍵技術

3.1雙公開技術

通常意義上的雙公開技術指信息能夠實現同時傳輸和同頻率傳輸。現有的通信系統在信息傳輸過程中會受到信號干擾，而全公開技術能有效提高頻率的利用率，實現多頻率的信息傳輸，克服了一個通信系統不能同頻率和雙向傳輸的技術難題。這是當下人們熱衷于研究雙公開技術的原因。對5G通信系統而言，應用雙公開技術能夠有效利用無線頻譜資源。具體來說，通過抵消干擾信號的模擬端，抵消已知干擾端數字信號的干擾，解決傳輸過程中系統的干擾問題。

3.2綠色通信技術

綠色通信技術主要用于降低信息傳輸過程中的能量消耗[3-4]。從現有技術水平來說，這是目前無線通信業發展的一大挑戰。雖說目前無線通信所消耗的能源僅占所有產業總能耗的3%，但是這個數值每年以15%～20%的速度增長。4G通信方式的普及已使通信技術的能耗大幅度增加，一旦5G通信系統普及，將面臨更加嚴峻的考驗。因此，研究綠色通信技術有非常重要的意義。目前，針對這方面的研究主要以提高能源的利用效率為目的，但降低了通信系統的頻譜效率。如何根據實際情況權衡兩者，成為當前必須面對的一個問題。

3.3毫米波高頻段通信技術

毫米波高頻段通信技術是解決頻譜資源稀缺的有效方法。所謂“毫米波”指波長在1～10mm的電磁波。當下無線通信系統中，毫米波的優點正逐漸被人們重視。要想應用毫米波高頻段通信技術，需要考慮電磁波在大氣中的傳播特性。毫米波的缺點是在大氣中的散失較為嚴重，只適用于短波通信[5]。5G通信系統要想發展此技術，必須克服毫米波高頻段通信技術的這一缺點。毫米波與微波通信的區別主要在傳輸信道模型及多徑數目等方面。現有微波頻段的MIMO通信系統不適合毫米波通信系統。為了克服這一缺點，有關研究人員提出了“混合波束成形”的理念，主要是結合數字域波束成形和模擬域波束成形的概念，已成為5G通信系統的研究重點。要想真正推進5G通信系統的應用，需要研究這部分技術。

3.4大規模MIMO技術

經過近幾年的實踐，目前多種無線通信系統中已普遍采用多天線技術。通過3G系統及WLAN等通信系統實際檢驗可知，多天線技術能夠有效提高通信系統的頻譜效率。其中，MIMO信道數量的增加與收發信號所用的天線數量呈現近似相關的關系[6-7]。因此，研究5G通信系統時一般會設置多種數量的天線。但是，就單個系統而言，如果天線數量增多，肯定會整個系統空間被壓縮，那么無法保證基礎性功能。雖說如此，大規模MIMO技術的優勢還是顯而易見。首先，大規模MIMO技術有更強的分辨率，能夠深入挖掘空間維度資源，保證多個用戶在同一頻率內的通信暢通，進而實現小規模數量基站下的高頻譜信息傳輸。其次，大規模MIMO與其他基站平臺相比抗干擾能力更強，能夠適應一些極端環境下的數據傳輸。對5G通信系統而言，攻克了這部分技術的內容，代表通信系統能夠負擔短時間內的大規模數據傳輸。但是，目前我國對這部分內容的研究僅停留在信道模、容量和傳輸技術方面，且都是理論數據階段的研究，沒有正式通過模型進行論證，傳輸方案都是選擇TTD系統。如何挖掘當下國內大規模MIMO中的優勢，結合國內無線通信行業的實際需要研究信道模型，是擺在人們面前的至關重要的問題。

4結語

無線通信技術改變了人們的生活方式，給人們的生活帶來了很大便利。第五代通信技術的革新給各個領域的發展提供了動力和條件，將給生活帶來全面改變。本文介紹了5G的重要技術，闡述了毫米波技術和大規模MIMO技術在5G網絡中的優點。目前，5G通信研究中，華為公司已和很多國家、地區取得合作，相信不久的未來，中國的5G通信技術將會徹底改變整個通信領域。

參考文獻

[1]沙尼亞•阿不都吉里.5G無線通信網絡物理層重點技術[J].信息與電腦(理論版),2019(2):178-179,189.

[2]潘乙林.5G無線網絡物理層關鍵技術探析[J].電子世界,2018(23):71,73.

[3]周勇.5G無線通信網絡物理層關鍵技術[J].數字通信世界,2018(10):40,47.

[4]惠芳,李文聰.淺析5G無線通信網絡物理層的關鍵技術[J].計算機產品與流通,2018(6):67.

作者：陸海濤 單位：中國鐵塔股份有限公司荊州市分公司