5G无线通信关键技术及其发展现状

李志 葛明 王璟瑞 张主杰

摘要：随着物联网的飞速发展以及人们对更高速可靠的网络环境的日益渴望，近几年5G的发展势头高涨。随着5G技术的提出和不断进步，该技术成为将来无线通信领域的主要技术指日可待。我国的无线通信技术已经经历了2G、3G和4G时代，5G通信技术也布局已久，5G无线通信技术的发展将是我国通信产业快速发展的良好契机。我国只有抓紧机遇，不断提高自身科研水平，才能进一步缩短与发达国家通信技术之间的差距。由此可见，对5G通信技术的发展进行不断跟踪和分析，对于大面积推广此技术和为此技术的应用打好基础具有重要意义。本文就5G无线通信关键技术及其发展现状展开探讨。

关键词：5G;移动通信网络;关键技术

1、5G无线网络通信技术概述

5G无线网络通信技术是在之前的无线通信技术基础上进行升级和改造，在数据传输性能等方面全面领先4G无线网络的新型无线通信技术。相比于传统的无线通信技术，5G无线通信首次应用了纳米技术，使传输速度得到有效提升，同时还注重数据传输的安全和保密。个人信息的加密是5G技术最突出的创新点，信息在传输过程中遇到问题会及时报错，并有效进行保护，这在网络技术发展越来越快的今天十分重要。

2、5G移动通信网络关键技术

2.1 大规模MIMO技术

这种技术属于是无线传输技术，在运行过程中主要依靠了大型天线系统，然后将其集成在5G移动通信中，降低制造成本以及技术能耗。在天线系统之中，大规模MIMO技术可以把很多天线结合在一起，以此实现多个地区和多天线信息的相互交流传递，这与5G移动通信网络的建设与发展目标相契合。因此，在5G移动通信网络中，大规模MIMO技术是一项关键技术。在5G落实之前，这种技术已经被广泛运用，在未来的发展中，需要做的是将其和5G通信网络融合，以此检查其中是否有不契合的部分。若是有就需要进行解决，将两者结合在一起让技术更加完美。在对大规模MIMO技术进行完善时，需要对其中技术优化点进行考虑。在实际工作中要将其与5G通信网络融合在一起，发现天线数据，将其作为技术优化的切入点。在5G通信网络中，天线是信息主要传输载体，因此信息传输速率以及频谱利用率和天线之间有紧密关系。为了提高信息传输效率，就需要提高频谱利用率。经过数量的增加优化天线配置，合理的配置天线，可以发送接收端信息传输的效率。在使用这种技术时，要明确分布形式，集中与散落的分布形式能够独立运用，但是要提升使用效果，最好的方式是结合一体共同运用。在结合运用中，空间资源利用率有一定提高，可以降低发射功率，不易受到外界干扰信号的影响。

2.2 毫米波

随着低频段频谱资源不断被利用，低频带无线通信系统日益拥堵，寻求新的的频谱资源以适应5G更高速的传输需求已是大势所趋。各国研究者将目光投向了频谱资源丰富的毫米波频段。毫米波的波长处于微波和远红外波之间，而波长又与尺寸成正比，因此，毫米波元器件的尺寸要比同等波长微波下的器件尺寸小得多。利用这个优点，基站端可以布置大规模天线阵列，再配合预编码技术，毫米波大规模MIMO系统就可以达到提升发送信号的增益、减轻外界磁场的干扰、降低资源损耗等目的。但是，毫米波通信有一个缺点就是它容易受到大气和雨水等外界环境的影响，路径损耗较大，为了解决这一问题，需要在毫米波通信中引入波束成形（BF，BeamForming）技术。

2.3 D2D技术

D2D技术是英文Device-to-Device的简称，其还被人们称之为蜂窝通信。随着5G通信技术越来越普及，提升无线通信性能显得越来越紧迫，而D2D技术就是在这种背景下诞生的，进而迅速的被推广应用。这项技术在我国的应用时间也不算短了，其发展和推广速度非常的快，并且我国很多通信公司还获得相应的专利授权。就当前情况来看，蜂窝通信技术已然成为5G移动通信网络最为关键的技术之一，其发展前景非常的广大，笔者相信这项技术在未来的移动互联网中必定能够发挥更大的作用。

2.4 波束成形

波束成形并不是一个新名词，它其实是一种经典的传统天线技术，在军用雷达中早就有所应用。随着无线通信技术的发展，无线通信系统的抗干扰能力到达一定状态之后就无法再取得明显的提高，信号传输距离、信道质量等因此也受到限制，为此，研究人员将波束成形引入到5G中来，期望对无线通信系统的干扰问题瓶颈进行改善。在5G无线通信系统中，使用大规模MIMO天线技术在基站端配置了大量的天线阵列，发出的信号向四面八方传播，使得部分接收信号功率损失严重，质量也大打折扣。研究人员利用波束成形技术对多天线阵元接收到的各路信号进行加权合成，让信号集中在指定的方向传输，相当于形成了具体指向上的波束，从而提高了信号的抗干扰能力，获得了更高的信号质量。但是，使用波束成形也带来了一些问题。首先，通信系统设备成本和功耗的提高，对实际应用提出了不小的挑战;其次，如何将波束快速地对准用户，使波束不至于偏离用户，导致用户接收不到高质量的无线信号，这些都有待我们后续继续改进。

3、5G无线通信技术的发展趋势

5G无线通信技术会随着相关部门研究的深入而日趋成熟，无论是高频传输方面，还是网络的大容量、大带宽方面都会得到提升和发展。互联网业务的不断发展也给5G无线通信技术提出了更高的要求，需要在无线通信中做到系统容量不断扩增、传输速度不断加快的同时，保证客户信息的安全。就现阶段网络发展的方向来讲，5G无线通信技术的研究还需借助其他优秀无线传输技术的经验来进行合理规划，例如对于小区网络来讲，推进智能化网络架构发展，需要寻求增加热点和降低干扰的平衡，增大网络吞吐量，提升用户体验。在未来的发展中，5G无线通信技术会对频率资源进行进一步的分析和挖掘，无论是高频段、毫米波还是可见光，更深入地利用频率资源可以保证网络带宽充足，满足网络发展的需求。同时5G无线通信技术将更好地与当下发展火热的物联网技术进行良好的结合，更多机器之间会利用无线通信进行交互和应用，这就需要在研发通信技术时考虑到终端数量快速增长的问题，一旦大量终端并发接入，如何才能保证业务数据的稳定。由此可见，5G无线网络通信技术的发展还有很长的路要走，要根据当前不断增长的需求来拓宽网络的可用性，通过制定接入方案和进行压力测试等保证无线通信质量。

结语

总之，5G移动通信网络技术的发展，对于我们国家具有十分重要的现实意义，一方面能够使当前的网络速度实现应有的提高，另一方面还能够显著的提升我们国家的综合国力，为我们国家的经济发展和科技进步作出贡献。5G移动通信网络关键技术在应用中必然会遇到很多问题，因此要慎重对待这些问题，并找到问题的解决措施，如此5G技术才能逐渐完善。在研究该技术时，要从实际出发，对其具体应用效果进行评估和判断，找到可优化升级的点。

参考文献：

[1] 韓展宏.5G无线通信技术概念及相关应用的思考[J].计算机产品与流通，2017（12）：62.

[2] 孔伟.探讨5G无线通信技术的应用前景[J].中国新通信，2017，19（23）：105.

[3] 徐鹏，郭鸿.对新时期5G无线通信技术发展跟踪与应用分析[J].通讯世界，2017（9）：58-59.

（作者单位：中国移动通信集团设计院有限公司黑龙江分公司）