5G无线网络物理层关键技术探析

中邮通建设咨询有限公司 潘乙林

近年来，信息网络科技技术的发展十分迅速，无线通讯网络在人们的生活和工作中具有着重要的作用，随着不断的发展，人们对信息网络技术发展的要求也是越来越高，这也就要求继续进行高数据率以及新型无线技术的开发和探索，因此，就推动了5G无线网络的研究，下面，本文就针对5G无线网络物理层关键技术进行分析，来对其进行深入的了解。

前言：在现阶段，人们对移动通讯设备的使用十分广泛，而移动通讯设备的使用离不开无线网络，经过长期的发展，无线网络也从2G系统逐渐的发展到了4G系统，这也有效的提高了人们对网络的使用水平，对人们的生活方式也产生了巨大的影响。新时期环境下，网络设计师也是对5G无线网络也是进行了不断的研究，而5G无线网络如何进行实现，其物理层关键技术有哪些，就是本文主要研究的内容。

1 5G无线网络概述

5G无线网络是一种蜂窝结构，一般无线用户大多数时间在室内使用，而室外的利用时间一般仅仅占据了1/5的时间，所以小区的结构会对室外的基站造成一定的影响，由于建筑物墙体结构对无线网络信号产生损耗，降低其数据的传输率与频谱效率，则5G无线网络就能够有效的解决此问题。5G无线网络构建能够具有超高的速率和可靠性，同时延时指标也十分低，从而能够提供用户最佳的用网体验。5G无线网络部署具有着诸多的特性，其网络架构比较灵活，还有多种接口支持不同的面向业务接入，同时其在链路的性能上，也能借助多跳方式完成网络的覆盖以及基站Mac层与用户之间的直通，另外，其网络还能够按照环境与业务的需求进行组织和配置，从而实现网络的最优化和智能化。5G无线网络实现了多种网络的融合，涉及传统的蜂窝网络和WiFi网络等，同时还对匹配大规模的多天线的无线网络传感器进行了增加，比如，可见光的通信网络和设备的直连通信，这些网络都能够通过统一核心网络管控，将各网络进行直接的信息交互，并实现了多场景通信管理和控制，如图1所示。

图1中的5G无线网络的架构主要分为转发平面、控制平面、以及接入平面等3方面，其中控制平面主要进行无线资源的集中控制与集中调度；接入平面主要是进行多种无线的设备与基站间快速灵活的接入；转发平面主要是通过分布式的网关与控制平面统一的控制下进行数据的转发。

2 5G无线网络物理层关键技术

2.1 毫米波通信技术

频谱资源利用是通信网络技术发展的重要内容，现阶段进行的频谱资源利用集中于300MHz-3GHz的频段，而对毫米波利用是十分有限的，其毫米波内也是含有大量频谱的资源，而5G无线网络通信技术就对毫米波内频段资源进行了利用，也是其技术研究中的重点内容，毫米波研究的内容主要有路径的损耗、在建筑物中的穿透损耗与雨衰等内容。路径损耗主要的原因是由于发射功率敷设的扩散与通信通道对传输产生影响的作用，这些也是其无线网络通信技术研究中必须面对的问题，而一旦遇到噪音、干扰和其它信号影响势必会导致一定损耗现象出现，另外，其信号自身也可能存在一定程度损耗，通过相关研究显示，信号的频率越高其损耗也就越严重，则和其它波段相比，这种毫米波损耗的情况也是更为严重，同时其也是毫米波的研究中的难题，通过研究，通过在高频段使用一些大规模接受发射的天线，就能够实现能量的一定程度聚集，从而对毫米波的过大损耗进行改善，获得一定增益效果。

穿透建筑物的损耗主要是指信号在通过相应的建筑物中，会出现一定损耗，此损耗还和频率有很大关系，一般低频段信号在通过建筑物中，其信号的强度保留则比较好，则毫米波的建筑物穿透损耗就相对比较大，进而在借助毫米波实施信号的传输中，就可能因为信号的损耗过大而造成失真，面对这种情况现阶段的处理方式是在室内相应范围内借助WIFI来进行信号强度的增加，提高信号的质量。毫米波也具有着传播的特性，雨衰就是其一重要的因素，雨衰会对无线网络系统传播的路径长度造成影响，导致信号可靠性的下降，因此会对其高频段微波的链路发生限制，并且雨量增加也会对毫米波的系统产生更加明显的干扰作用，甚至雨滴还会导致信号出现散射，造成信号质量的严重降低。

图1 5G无线网络架构

2.2 大规模MIMO技术

大规模MIMO主要使用多天线的技术，这种大规模的天线阵列能够通过天线具有的空分特性，将相同时频的资源向若干用户同时服务，还能够增加频谱效率的有效性和传输可靠性，其空分特定有着高分辨率空间的自由度，多天线的技术波束在成型时能够将波束限制于很小范围中，所以能够起到降低干扰和降低发射功率的效果，由于多天线的技术具有很高空间的自由度，则其信道反应也就十分精准，能够有效降低随机突发的情况对信道性能产生影响，因为多天线其占用的空间比较大，复杂的程度也比较高，基站一般使用4天线的技术进行实现。

图2 大规模MIMO基本模型

大规模的MIMO技术具备着诸多的优势，而研究的过程中也存在一定问题，天线的数量不断增加中，为了保证基站能够实现精准的信号接受，这对信道的状态以及信息获取势必会产生巨大的考验。面对这样的情况，一般使用时分双工的方式，来把上行信道与下行信道产生的信息交互和接受，其和频分双工不同，其能够有效降低信道开销，使基站中的天线数量没有受到限制，但此方式于高速的移动环境中并不能保证信号质量，另外，大规模的MIMO技术也会用到大量基站天线的设备，因此这对系统设备的处理能力与布局、网络建设等工作都会增加难度，如果对天线的形态进行不断的调整，能够有效对工程难度进行降低，其也是此项技术开发和发展中的重要方向。

3 结语

综上所述，随着时代的发展，无线通信网络也需要根据时代发展的步伐不断进行改进，5G无线通信网络就是一种新型的网络通信研究类型，为了促进其能够更好的实现无线通信网络性能的提升，还需要相关人员不断对其技术进行研究，其未来也将对社会到来新的面貌。