基于5G的无线通信网络物理层关键技术探究

简智斌

（公诚管理咨询有限公司，广东 广州 510610）

1 5G无线通信系统概述

1.1 5G无线通信系统

5G无线通信系统是一种基于第五代移动通信技术而产生的无线通信系统。一般来说，将其认为4G无线通信系统的延伸[1]。在无线通信系统中，包括了固定式、便携式以及移动式的设备，用户可以利用无线协议进行通信。5G无线通信技术具有灵活性和便利性，其包含了各种升级改进的无线网络技术，因此能够有效保障用户的隐私安全，在传递过程中提高信息的传递速度。另外，随着人们对纳米技术的关注，5G无线通信技术能够有效降低能源损耗，实现节能减排。

1.2 5G无线网络构建

5G无线网络架构包括转发平面、控制平面以及接入平面3个部分[2]。根据5G无线网络架构的3个部分，也可以将其划分为3个层级，即城域网、核心网、接入网。城域网作为第1层，用户可以在其中利用无线呼叫进行信号的传递和感知，促进信息的共享；核心网是第2层，用户可以利用数据端口和通信设备的衔接，实现信息的分类和传输；接入网是第3层，其主要作用是进行数据结果的构建，实现信息的全覆盖。

1.3 5G无线通信网络技术特点

5G无线通信网络的技术特点包括扩展通信网的容量、优化用户通信体验等[3]。以扩展通信网容量为例，5G无线通信网络能够实现通信的稳定传输，通过密集网络技术进行盲点的清除，增加技术容量，提高小区密度。另外，多天线传输技术的应用能够降低频谱资源的浪费，推动5G信息技术的发展。

2 5G无线通信系统构建意义

2.1 有利于利用频谱资源

5G无线通信网络能够实现频谱资源的集中化，提高利用率[4]。频谱资源是人类共享的宝贵自然资源，但并不是取之不尽、用之不竭的，在一定条件下，技术人员可以实现频谱资源的重复利用，因此它也是国家重要的战略性资源。通过技术的进步，工作人员能够用新技术对频谱资源进行有效管理，提高管理效率。5G无线通信系统的构建能够有效提高频谱资源的利用率，进而实现频谱资源的最大社会经济效益。

2.2 有利于提高通信质量

5G无线通信网络的构建能够提升无线通信信息的质量[5]。5G无线通信系统中，技术人员可以利用纳米系统进行系统内数据的搜集，根据扁平化的IP互联网传递模式传递信息，引进用户终端。技术人员可以利用纳米技术进行数据处理，保障信号的质量，其中的自动化模式能够为用户提供更便捷的条件，提升通信质量。

2.3 有利于拓展系统容量

建设5G互联网可以有效扩大系统容量和网络带宽[6]。带宽的概念较为抽象，其指在给定时间等条件下流过特定区域的最大数据位数，网络带宽是指在单位时间内能传输的数据量。随着5G无线通信系统的构建，其具有更专业的网络设备，能够有效进行网络带宽的扩大，处理爆炸性增长的数据传输，提高用户体验感。

3 5G无线通信网络现状

3.1 国内互联网接入流量现状

根据中华人民共和国工业和信息化部数据显示，在2017—2021年间，用户互联网接入流量亟剧上升，推动了5G建设及应用。图1为2017—2021年国内移动互联网接入流量，图2为2017—2021年国内月户均移动互联网接入流量。根据图片信息可知，自2018年以来，我国移动互联网接入流量呈现了井喷式的增长，为4G网络带来了较大的压力，因此5G无线通信网络的建设是现阶段需要关注的重点话题之一。从图2中的数据可以发现，用户流量消费方面，5G用户已达到4G用户的2倍。

图1 2017—2021年国内移动互联网接入流量

图2 2017—2021年国内月户均移动互联网接入流量

3.2 国内5G基站建设现状

近年来，随着人们对移动通信技术要求的升高，为解决数据流量和终端数带给移动网络的压力，我国加大了5G基站开通总数，图3为2019年以来国内5G基站开通总数统计图。

根据图3中的信息可知，2021年我国5G基站开通总数是2019年基站开通总数的10多倍，由此可见我国现阶段5G无线通信系统的发展需求，而根据国内运营商业务发展和资金规划，到2025年实际建设的5G宏基站和小基站数目约在400～500万个。

图3 2019—2021年国内5G基站开通总数统计图

4 基于5G的无线通信网络物理层关键技术探究

4.1 蜂窝通信技术

技术人员在进行基站构建时，采用蜂窝通信模式能够实现信息转发与通信功能[7]。蜂窝移动通信能够实现用户在活动中的相互通信，其运用蜂窝无线组网的模式，利用无线通道将终端和网络设备连接起来，因此终端具有较强的移动性，同时能够实现跨本地网的自动漫游和跨区切换。技术类型包括宏蜂窝技术、微蜂窝技术以及智能蜂窝技术，另外根据使用频段的不同，也可分为双频段网络、双模式网络等。以宏蜂窝技术为例，宏蜂窝每小区的覆盖半径大多为1～25 km，因此基站天线要建造的足够高，但在实际的红蜂窝小区内，其存在着两点问题，一是盲点，二是热点。由于盲点问题和热点问题的存在，当小区分裂到一定程度时，基站成本将会增加，影响到小区半径的缩小，通信质量也会出现下降，因此需要技术人员进行进一步研究。

4.2 双公开技术分析

在5G无线通信网络物理层关键技术中，双公开技术主要就是确保信息可以满足同时进行传输以及同频率传输的要求[8]。现阶段，无线通信系统会受到信号干扰等因素的影响，导致信息的传送信号较弱，从而影响到无线通信网络的整体质量。将双公开技术应用到5G无线通信网络中能够实现多频率信息的传输，提高无线通信网络整体的频率使用率，进而解决双向传输等问题。同时，通过双公开技术，技术人员能够利用信号模拟端进行干扰因素的消除，也能够有效避免已知信号的干扰，提升无线通信网络运行的稳定性。

4.3 绿色通信技术

绿色通信技术主要用于降低信息传输过程中的能量消耗[9]。技术人员在进行绿色无线通信关键技术的研究时，需要关注到绿色无线通信技术中的衡量准则、设备器械、链路层以及网络层等内容。以网络层为例，无线通信技术进步的同时，带来了一定的浪费和污染，通过绿色无线通信技术中的协作传输功能，信息能够实现多径传播，提高系统容量。另外，将绿色无线通信系统与分布式天线技术相结合，通过分布式天线收发机和集中的基站处理器，技术人员能够有效提高频谱使用率，降低发射功率，进而提高无线通信系统的整体使用效率，实现多用户应用。

4.4 MIMO技术

多进多出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）技术能够提升通信系统的频率，实现多天线通道的建立，提升无线通信技术的应用效果[10]。MIMO技术属于多天线技术利用空间分级复用来提高吞吐量，实现多个独立的数据流同时传输。在5G无线通信网络中，MIMO技术是大规模的MIMO信息技术，它能够提高信号传输容量，提高系统的覆盖率，但在实际的应用过程中，技术人员发现MIMO技术会受到多种因素的干扰，其对基站信道状态的要求较高。现阶段，在线通信网络中，MIMO技术的应用分为2类。一类是天线阵列集中式MIMO技术，该技术在进行基站天线放置时需要呈现集中排列的形式，覆盖整个小区；另一类是分布式MIMO技术，该技术在进行基站天线放置时需要将天线分布在小区中。它能够与传统的分布式天线系统相结合，利用多天线的移动台和分散在附近的基站天线进行通信，建立MIMO通信链路，能够有效减少路径损耗，提高信道容量，实现降低系统功耗、提高系统覆盖率的目的。

4.5 毫米波通信技术

毫米波通信技术是一种典型的传输方式，其利用毫米波进行通信，具有较强的穿透力和较高的信号传输保密性[11]。在实际的运用过程中，毫米波通信技术具有以下的传播特性：其是一种典型的视距传输方式，具有“大气窗口”和“衰减峰”，在降雨时衰减较为严重，但对沙尘和烟雾具有很强的穿透能力。当前的毫米波通信系统主要包括毫米波地面通信和毫米波卫星通信2种。以毫米波卫星通信为例，其具有通信距离远、以广播方式进行工作、通信容量大、可以自发自收等优点。技术人员进行毫米波通信技术的研究能够为拓宽毫米波通信技术的市场做出巨大贡献，同时毫米波通信系统也具有较大的发展前景，值得技术人员进行深入研究。

5 结 论

随着科技的进步以及人们对无线通信技术要求的提高，在5G背景下进行无线通信网络物理层关键技术探究是技术人员现阶段关注的重点问题之一。在进行关键技术探究时，技术人员要结合现阶段5G无线通信网络现状，明确5G无线通信系统构建的重要性以及构建要点，深入研究无线通信网络物理层的关键技术，如蜂窝网通信技术、双公开技术等，推动无线通信技术的发展，进而促进5G无线通信系统的建立，提高无线通信系统的服务质量。