面向5G無線通信系統的關鍵技術探討

劉少秋

(中國鐵塔股份有限公司貴州省分公司 貴州 貴陽 550000)

0 引言

移動通信技術的發展使我們的生活發生了巨大的變化，結合我國的發展現狀而言，多種類型的網絡終端設備已經成為生活中非常重要的組成部分，再加上各種網絡數據傳輸量的增加，對通信系統的傳輸質量提出了更高的要求。為了能夠使客戶對信息傳輸的需求得到滿足，除了要節省通信系統的運行成本之外，還應對傳統的通信系統進行優化，才能為我國無線通信行業創建更大的發展空間。5G無線通信系統能夠有效提升數據傳輸的效率，同時也具備了較強的抗干擾性能，所以必須要充分研究5G無線通信系統的關鍵技術，才能使整個通信行業實現飛躍式的發展。

1 5G無線通信系統的基本概念

5G無線通信系統主要是指通信技術已經研究到了第五代，對于移動通信技術而言，并沒有對5G無線通信系統的概念作出準確說明，一般都是認為5G無線通信系統是對4G通信系統的升級和優化。5G無線通信系統的信息傳輸速度達到了每秒鐘10 GB。雖然現在全球很多國家對5G無線通信系統的關注度都很高，但是5G無線通信系統還沒有實現廣泛應用[1]。

2 無線通信系統的發展歷程

無線通信系統的出現使我們的生活和工作都發生了巨大的變化，在我國科學技術發展的過程中，無線通信技術也實現了改革和創新，同時也使我們的生活實現科技化和智能化。結合無線通信系統的發展歷程分析，無線通信系統最初是從GSM系統中分割出來的交換技術，該技術最初的目的是將網絡的前后端連接在一起，同時使域間的無線IP實現有效連接。無線網絡實現有效連接之后，再利用數據處理技術將數據信息進行有效傳輸，這樣就能使用戶快速獲取信息。GSM網絡在實現第三次改革時，GPRS是非常重要的應用技術，對GSM的改革非常重要。無線通信系統從第一代一直發展到現在的第五代，期間經過了多次的演變和測試，測試結果顯示5G無線通信系統能夠有效提高數據信息的傳送效率，同時也能擴大網絡信號的覆蓋面。換言之，5G無線通信系統的應用能夠使用戶在最短時間內享受信息技術帶來的服務體驗。無線通信系統從初始到現在，已經經過了五次改革，無線通信技術的改革，最主要的目的就是為了提高網絡的傳輸速度，提高網絡的性能?，F如今，使用無線通信網絡系統的用戶量逐漸增加，這也為無線網絡的發展提供了全新的驅動力。因此，無線網絡技術在發展的過程中必須要朝著綠色通信技術的方向轉型，才能滿足更多用戶的實際需求。

3 無線通信系統中無線網絡技術的常見種類

3.1 軟件定義無線網絡技術

軟件定義無線網絡技術是最常見的網絡技術種類之一，這里涉及的控制功能原本是數據轉發層中的功能，后被技術人員進行剝離，然后再利用中心控制系統對軟件進行全面控制。中心控制系統能夠感知網絡拓撲，在網絡轉發路徑上起到了非常重要的作用。軟件定義無線網絡技術主要是在南向API技術的支撐下將控制器和交換機與技術連接在一起，然后再利用北向API技術將控制器和應用程序與技術連接在一起[2]。

3.2 自組織網絡技術

5G無線通信系統在運行的過程中，自組織網絡技術也是一種常見的網絡技術。實際上從3G概念提出的時候，自組織網絡技術就已經開始受到關注，盡管網絡通信技術已經發展到了第五代，自組織網絡技術仍然是一項非常重要的關鍵技術。進入5G時代后，互聯網的發展更加致密，這也就意味著網絡管理的難度逐漸增大，如果能夠合理利用自組織網絡技術，就能避免網絡的致密化發展對網絡管理工作中造成的影響，從而提高網絡管理的質量。另外，應用自組織網絡技術還能使網絡人工部署得到優化，不僅能夠節省資源，還能為網絡的安全運行提供保障。

3.3 網絡功能虛擬化

網絡的各項功能在實現軟件化的過程中，可以利用IT虛擬化技術，同時也可以將專用網絡經驗設備替換成通用硬件設備。在這樣的背景下，應用網絡功能虛擬化技術主要是在虛擬機的作用下在通用網絡硬件設備之上實現網絡功能，這樣就能充分發揮網絡配置的靈活性特征[3]。

4 5G無線通信系統的關鍵技術

4.1 大規模MIMO技術

經過不斷的研究和試驗，多天線技術在提高網絡通信系統的運行效率上起到了非常重要的作用?，F如今，多個無線通信系統在運行過程中，都已經開始應用對多條線路輸入輸出技術，這種技術能夠得到重視主要是對3G通信系統和WLAN系統的運行總結出來的經驗。據相關研究結果分析，MINO技術在應用的過程中，信息數據在傳輸過程中所使用的天線數量能夠直接影響到MINO信道數量的變化，所以5G無線通信系統在運行過程中，一般都會使用多條天線為信息的傳輸提供保障。大規模MINO技術在應用的過程中，由于其自身具備較強的分辨率，所以很快就能對空間維度中的各項信息進行深入挖掘，這樣就能保證在同一頻率內，即便有多個用戶同時提出信息傳送的要求，系統依然能夠順利傳遞信息，盡管信息傳輸基站規模較小，依然能夠在高頻譜的環境下保證信息數據的傳送質量。

與傳統的通信基站相比，大規模MINO技術還具備了較強的抗干擾性能，即使信息數據的傳輸環境非常惡劣，依然不影響信息傳輸的有效性。隨著5G無線通信系統的發展，5G無線通信系統已經實現了能夠在短時間內完成大量數據的傳輸任務，為其他設備的工作性能提供了有效支撐。雖然大規模MINO技術在應用的過程中已經凸顯出很多優勢，但是如果將這種技術應用到單個系統中，隨著天線數量的增加，整個信息傳輸系統的空間就會逐漸減小，網絡系統的各項性能都會受到影響。因此，如果大規模MINO技術在單個系統中應用，技術人員就要適當做出相應的調整，這樣才能充分發揮該技術的價值。我國對大規模MINO技術的應用仍然處在信道模型的建設階段，很多理論數據還沒有經過實踐驗證，雖然大規模MINO技術對5G無線通信系統有很重要的價值，但是如何發揮該技術的優勢，是我國無線通信領域亟待解決的問題[4]。

4.2 雙公開技術

5G無線通信系統中應用的雙公開技術主要是為了信息數據在傳輸的過程中能夠實現同時傳輸和同頻傳輸。專業人員著重研究雙公開技術是為了避免信息數據在傳輸過程中受到外界因素的干擾，應用雙公開技術就能有效提升信息的傳輸效率，還能實現對頻率的有效應用，確保信息數據在傳輸過程中能夠多頻率傳輸，這樣就能攻破雙向傳輸的難題。未來5G無線通信系統將會在通信行業得到廣泛應用，雙公開技術為無線頻譜資源的有效利用提供了有力保障，該技術的應用能夠快速解決5G無線通信系統的傳輸信號受到外界干擾的問題。因此，相關的技術人員要加強對雙公開技術的重視，利用該技術抵消干擾信號。

4.3 綠色通信技術

信息數據在傳輸過程中，消耗的能源總量不斷增加，雖然無線通信系統的耗能只占據了我國能源消耗的3%，但是能源消耗量每年至少增長20%。4G無線網絡系統的普及增加了我國能源消耗量，如果5G無線通信網絡系統普及之后依然沒有解決能源消耗的問題，通信產業的能源消耗量將會大大增加。綠色通信技術的研究主要是為了使能源實現有效利用，如果能夠提高能源的利用效率，就會降低通信系統的頻譜效率。實際上綠色通信技術這一概念在4G無線通信系統中就已經受到重視，但是因為各國都缺乏成熟的研究經驗，所以這一技術在無線通信系統中并未得到應用。在科學技術飛速發展的背景下，5G無線通信系統逐漸進入了人們的視野，綠色通信技術也再次得到重視，專業研究人員通過不斷的實踐經驗總結出，將綠色通信技術應用在5G無線通信系統中，能夠有效解決通信系統耗能較高的問題，配合我國雙碳戰略的深入實施。為了能夠充分發揮綠色通信技術在5G無線通信系統的作用，相關的技術人員必須要全面掌握5G無線通信系統的各項性能和能源消耗情況，梳理清除耗能和頻譜效率之間潛在的關系，對多種通信資源進行整合和完善。除此之外，技術人員還應從耗能和應用頻率這兩個角度充分挖掘綠色通信技術的信息傳輸能力，既要降低能源的消耗量，也要提升5G無線通信系統的運行質量。隨著我國國力的提升，對5G無線通信系統的研究更加深入，5G無線通信系統未來一定會成為支撐通信領域的龍頭，信息數據能夠實現同步傳輸，信息溝通的質量也能得到保障[5]。

因此，5G無線通信系統的研究人員要結合通信現狀分析綠色通信技術的性能，充分發揮綠色通信技術的作用，才能為我國5G無線通信系統的發展奠定良好的基礎。

4.4 云計算技術

信息技術的背景下，各個行業領域都實現了數字化轉型，生活也在朝著數字化的方向發展，數據在我們的生活和工作中發揮了很重要的作用?，F如今，5G無線通信系統與云計算結合在一起，已經成為智能化建設的基礎條件，為智慧社會的建設提供了有力的保障。在新型信息技術發展的過程中，云計算技術已經成為關鍵性技術，同時也為政企實現多元化數字轉型提供保障。5G時代的到來，為云計算技術創建了更大的發展空間，主要體現在以下幾個方面：

1）各級云服務商在市場競爭中，都將邊緣計算技術作為提高自身核心競爭力的基礎條件，從某種角度來講，對5G時代的云服務也起到了推動作用。大部分的云服務商都是通過云計算的優勢將云技術下沉到邊緣計算中，促進邊緣實現人工智能。工業領域也可以借助工業場景應用云技術實現邊緣計算，這樣就能對現場進行全面控制，同時也能提前為以后的智能化建設奠定基礎[6]。

2）云計算的應用能夠實現云網融合。我國各大電信運營商都開始向云服務方面拓展業務，一些大型的云服務商也開始在網絡建設中增加投資規模，希望通過云網融合來增加客戶在使用過程中的體驗感。在云網融合的過程中，很多融合產品都已經發展成熟，云網融合也從之間的互聯增加了業務模式。企業在使用云計算技術時，還能夠適當拓展云網融合產品的性能，這樣才能使用戶在使用時獲得良好的體驗。

4.5 異構無線通信技術

進入5G時代之后，信息數據和語音短信的傳輸已經不能滿足用戶對無線網絡系統的需求，5G無線通信系統在發展的過程中，要將多種信息技術結合在一起，充分挖掘不同技術的優勢。因此，在5G時代的背景下，多種信息技術要共同組建多元化的網絡節點，才能擴大信號的覆蓋范圍。在應用異構無線通信技術的過程中，還可以通過小區部署和D2D通信技術實現。小區部署主要是指在城市的每個小區建立小型的通信基站，提高社區網絡系統的容量，保證信息數據的傳輸效率，在社區內構建完善的蜂窩網絡。D2D通信技術則是為了使局部地區的用戶對網絡數據的需求得到滿足，確保信息數據之間的傳遞效率得到保障，同時也是為了強化網絡系統的靈活性，提高信息數據的傳輸效率。

雖然異構無線通信技術在5G無線通信系統中有很大的發展空間，但是這種技術同樣也存在弊端，主要表現在：首先，由于該技術的各個節點較為密集，節點之間的距離非常短，如果同種無線技術同時接入到系統中，相互之間可能就會產生同頻干擾，并且不同的無線接入技術在實現頻譜共享的過程中可能也會出現分層干擾，要想解決該問題，就要對5G無線通信網絡進行全面分析。其次，該技術在應用的過程中，系統本身就存在用戶已經部署好的節點，網絡拓撲可能就會產生較大的變化，所以還要構建如何應對這種變化的解決方法，才能充分發揮該技術在5G無線通信系統中的作用，促使5G無線通信系統的傳輸效率得到保障。

4.6 毫米波高頻段通信技術

在網絡技術飛速發展的背景下，頻譜資源已經成為了非常稀缺的資源，因此，可以通過毫米波高頻段通信技術代替傳統的頻譜資源。這里提出的毫米波主要是指針對電磁波，這種電磁波的波長基本上是在10 mm之內，由于其特殊的性能，所以在無線通信系統中的應用較為廣泛。毫米波在應用的過程中，必須要充分考慮到毫米波的散失情況，并且還要結合實際情況制定相應的解決方法，才能為5G無線通信系統的穩定運行提供有力保障。由于毫米波和微波通信在本質上存在較大的區別，尤其是在傳統信道模型當中的差距更為明顯，所以MIMO通信系統無法應用在毫米波系統中，為了解決該問題，相關的技術人員才研究出毫米波高頻段通信技術，該技術主要是將模擬域波束成型的概念融入其中，如今毫米波高頻段通信技術已經成為5G無線通信系統的主要研究對象。

4.7 新多址技術

將新多址技術應用在5G無線通信系統中，能夠直接影響到空口資源的分配模式，同時也能有效提升連接數量和頻譜效率。新多址技術在5G無線通信系統中的價值是否能夠充分發揮主要是通過低密度擴頻和高維調制來決定，低密度擴頻技術主要是將單個子載波通過專業技術擴頻成四個子載波，這樣就能同時為六個用戶提供服務。低密度擴頻只占用了兩個子載波，所以另外兩個子載波就處于空位。而高維調制技術的主要功能是負責調制相位和幅度，調制之后就能使各個用戶的星座點之間的歐式距離越來越遠，各個用戶在使用系統的過程中相互之間也就不會產生干擾。

5 結語

總而言之，目前5G無線通信系統已經成為我國無線通信行業的主要研究方向，但是我國由于受到各方面因素的影響，在很多方面依然存在一定的短板。以此同時，5G規?；ㄔO后，5G應用已進入無人區，如何利用5G技術優勢，推進5G賦能千行百業，促進形成“需求牽引供給，供給創造需求”的高水平發展模式，驅動生產方式、生活方式和治理方式升級，培育壯大經濟社會發展新動能，需要多部門、多領域、多行業按照需求牽引、創新驅動、重點突破、協同聯動的原則進行嘗試與探索。相信在不久的將來，經過研究人員的不斷努力，5G無線通信系統的難題一定會得到解決，技術也會更加完善，5G無線通信系統的應用對傳統企業的網絡化、數字化、智能化轉型，對人民群眾的數字生活，對我國數字經濟的高速發展起到關鍵支撐性作用。