5G无线通信网络中关键技术及发展趋势

欧栓

【摘要】 本文结合笔者的实际工作经验，介绍了5G无线通信技术的优点，从而进一步针对5G无线通信的关键技术进行了分析，最后探讨了5G无线通信技术的应用。

【关键词】 5G无线通信 关键技术 应用 发展

目前，4G移动通信技术得到了广泛使用，具有通信速度快、通信容量大等优点。而5G移动通信是4G移动通信技术发展的基础上出现的，是4G 技术的不断完善和创新的体现，是通信领域新的里程碑，引起了各运营商的关注。5G是第五代移动通信技术的出出，大大提高了数据信息传输速度，高达3Gb/s，在现代社会发展中将会得到普及。

一、5G无线通信技术的优点

5G技术作为一种新型的通信网络技术，主要将多种无线接入技术与现有无线接入技术相结合，其服务对象面向大众，具有灵活、智能、高效和开放等特点。

1.1 数据传输速率提升

5G 技术作为当前最新的移动通信网络技术，它的一个明显优势就是数据传输速度可达到每秒几十GB，相对于4G技术来说，这是十分明显的一个创新优势。根据当前5G技术的应用效果来看，已经在28GHz 波段下成功的将传输速度达到了1Gbps，而传统的4G技术的传输速率只有75Mbps，而且它也仅仅具有非对称的超过2Mb/s 的数据传输能力。

1.2 兼容性好

从当前5G技术的研究和发展现状来看，它是一个包括2G、3G、4G 等所有网络通信技术于一体的新型无线网络技术的全通信平台，此外，它还涉及到Wi-Fi、NFC以及BLUETOOTH等的无线技术，因此，它的兼容性很好，这是以往通信技术所不具备的，同时这种特性也可以大大提升支付方式的安全系数。

1.3 电池使用寿命延长

5G 无线网络通信技术在实际应用的过程中，会有很多小的任务需要应用程序持续的运行支持，而作为关键应用的电子邮件程序就要不断的向服务器发送各种请求信息，以保证电子邮件的实时更新。为在5G技术下，可以自动的、快速的审核和确定出那些浪费电池电量的应用，并有效组织那些无用应用程序所发布的各种信息，进而减少电池电量的流失，并且也可以大大延长电池的充电周期，使其使用寿命得到进一步的提高。

二、5G无线通信的关键技术

2.1 多用户大规模MIMO技术

当无线蜂窝通信技术对灵活性要求更高时，多端口输入和多端口输出的通信技术（MIMO）就 发挥了其应用价值。MIMO 通过加大了对发射功率的复用和通信带宽的复用让无线通信系统的性能更为完善。为进一步增加频谱利用率和系统的覆盖率，并且提高单位比特能耗利用率，一种新型的通信网络——大规模MIMO通信网引起了人们的广泛关注。

MIMO技术历经了单点对单点的发展阶段，以后会朝着多用户MIMO方向发展，具体技术方案采用将多根天线置于发射端或者接收端实现，这种技术方案可以满足现有时频资源下，最大化空间的分集增益、空间的多路复用增益和空间阵列增益，从而对系统的容量和通信链路的可靠性进行提升，最终的结果使得整个通信系统的总吞吐量最大化。

但随着用户对通信系统的通信容量需求的不断提升，现有的MIMO通信技术还需要进一步对容量和带宽性能进行提升，目前主要的提升方向为优化天线尺寸以及新型排布方式。而目前，集中式排布天线的方式是研究最多的，更有学者提出融合大规模MIMO和云无线接入网，得到一种新颖的分布式大规模MIMO系统。

2.2 D2D通信

随着社交网络等应用的发展， 用户的近距离数据通信需求与日俱增。但现有的蜂窝通信系统不够灵活，对于用户需求的实时性强和可靠性高的需求难以满足。在5G移动通信技术中，对D2D（device to device）通信技术的研究显得非常重要。D2D通信技术是5G移动通信的關键技术之一，其重要作用主要体现在对蜂窝通信系统进行了支撑和补充，使得无线数据流量的大幅度增长，降低了调备功耗，提高了系统的可靠性。

D2D最大的优势在于可以对资源实现精简，同时减少了外界干扰，传输效率进行了提升，并最终降低了传输成本。目前，业内人员主要研究精力集中在对D2D发送功率的控制和资源的分配等关键方面。对于现有的D2D技术，还需要进一步完善问题如下：无线资源管理问题；通信的可靠性和实时性；如何抗干扰。

2.3 绿色通信

5G无线通信系统与其他通信系统相比的优势在于进一步降低能耗，从而实现更加绿色的通信。 全世界的运营商都希望能够降低能耗，从源头上对二氧化碳的排放量进行降低。对于绿色通信的实现，研究者们首先想到的是减少单个基站的能耗；同时，考虑从网络调度方面展开，让网络能够随着用户上网业务需求的变化而动态变化，实现动态资源调度和功率控制；还可以采用对网络部署和网络的拓扑结构方面进行优化。

国内外研究者提出了一些有效的绿色通信解决方案，如搞能效的空时资源配置 MIMO-OFDMA系统，基于CoMP的高能效谱效基站协作休眠方案；绿色共享通路保护算法；回程概念的提出等。这些方案中，由于异构网络部署的开展，5G绿色通信的瓶颈在于回程的功耗。

三、5G无线通信技术的实际应用

3.1 在安卓系统中的应用

目前来说，大多数移动智能终端采用的系统都是以安卓为主，它是一种以Linux为基础的自由和开放源代码的操作系统，在移动设备中具有明显的应用优势。

安卓系统采用的是分层架构，主要划分为四个层次，从高到低依次是应用程序层、应用程序框架层、系统运行库层以及系统内核层。四个层次中，系统内核层采用的是5G纳米核心技术，以此来完成安卓基础性文件和硬件驱动的分离。

此外，安卓系统自身所具有的开放性特征使得其安全系数大大下降，5G纳米技术所具有的保密性可以在量子密码学的应用下增强加密等级。

3.2 在光场相机中的应用

光场相机是一种先拍照后对焦的照相设备，它的原理是在光场技术的作用下，在进行拍照时只需要进行构图就可以了，不再需要进行对焦处理，这样的一大好处就是可以对现有的相机拍照方式和习惯起到改善作用，它具有很好的抓拍优势，只要被照的物体在相机的焦距范围内，对焦点都可以在拍完之后进行随意的选择，前提是在拍照时焦距范围内的所有光学信息都已经被记录起来，因此，它自身的容量会很大，存储一张照片可能需要至少200M的空间，这在侧面就需要有更快速的传输速度和储存空间做保障，而5G技术自身所具备的优势特点正好可以满足这一要求，此外，依据它的这一特性，它在安全防卫监控工作中的应用具有良好的前景。

四、结语

总之，随着我国社会经济的发展和科学技术的进步，在5G无线通信技术研究领域，将取了一定的成果。目前来说，5G网络的核心技术体系并不完善，但运营商对其技术需求达成了一致，目前正从前期研究进入至标准制定阶段。与4G通信技术相比，5G具有高速度、低时延、低功耗的优势。相信在未来通信技术的发展过程中将会发挥着更大的作用。

参 考 文 献

[1]熊必成.5G网络通信技术应用的前瞻性思考[J].信息通信，2014，（11）： 230.

[2]张洪丽.浅议5G无线通信技术概念及相关技术[J].通讯世界，2015，（12）： 41.