5G无线通信网络物理层关键技术
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【摘 要】21世纪是信息化技术时代，是互联网时代，是大数据时代，在这个时代当中，信息化技术不仅为我们的生活带来了极大的便利，而且任何行业的发展都离不开信息化技术。无线通信技术是衡量一个国家综合实力的重要因素，要想信息传播的很快，信息传播的质量更好，必须对无线通信技术不断创新。我们经常会说到5G时代即将带来，因为我们经历了从2G，3G到4G的变化，5G无线通信的到来将会给人们的生活和社会的发展带来极大的改变，本文将主要阐述5G通信网路的特点，以及探讨一些5G无线通信网络物理层的关键技术。
【关键词】5G；无线通信网络；物理层；关键技术
目前我国的无线通信网路正处于4G阶段，无线通信网路技术经历了从2G到3G再到4G的跨越性转变，2G移动无线通信技术研发于1991年，从而我国无线通信技术开始了新的篇章，3G移动无线通信技术在2001年被研发，3G通信技术的发现和使用使得无线通信网络实现了从一个单纯的无线通信技术系统到能够传输大量信息的网络系统的转变，4G无线通信技术相比于2G与3G在传播速度，传播质量，以及传播范围等方面都有了跨越式的进步，并且目前也在广泛应用当中。人类对信息的需求量越来越高，因此5G无线通信网络即将带来，5无线通信网路正处于探索和研究的阶段，下面将主要阐述5G无线通信网络物理层的关键技术。
一、5G无线通信网络的发展和主要特点
虽然目前5G无线通信网路处于探索和研发状态，但是它将会近一两年应用于实际生活中，5G无线通信网路的研究和探索不仅仅是我国移动通信网络的主要研究方向，而且也是世界移动通信网路的研究热点。在2012年，欧盟开始了5G的研究和探索，并且确立了“5G，NOW”的研究课题，而我国紧随其后，在2013年开始了对5G移动通信网络的研究，不仅启动了“563”研究计划，而且也成立了专业的研究小组。随着我国科技水平的提高，5G研究计划取得了快速的进展，目前已经形成了统一的标准，而且将计划在2020年统一实施和应用。5G移动通信网络的成功实施不仅可以解决4G移动通信网络应用过程中遇到的问题，有效的改善目前我国的网络状况，而且可以更高程度的满足社会发展和人们生活的需求。
未来5G移动无线通信网络具有很多的优点，它的主要主要特点表现在利用更高的频谱资源，更大的系统容量，更好的用户体验，更低的能量耗损。目前全球移动无线通信网络主要應用的频谱资源在300MHZ到3GMHZ，为了解决频谱资源短缺这一问题，5G移动通信网络利用的频谱资源更高，主要应用于3GMZ到300GMHZ。随着信息化技术的快速发展，网络已经基本普及到了千家万户，为了满足更多人们的需要以及人们更高的需求，5G移动通信网络将会扩大系统容量，更好的适应时代的发展。随着人们生活水平的提高，人们对网络速率的要求也越来越高，因此稳定的，高速的，安全的无线网络环境将是5G移动通信网络必备的，从而给用户更好的体验。目前我国正在大力提倡节能控制，而5G无线通信网络具备低能耗的特点，由此可见在不久的将来5G无线通信网络将会被广泛应用到实际生活中。
二、5G无线通信网络的物理层关键技术
1、毫米波通信技术
可利用的频谱资源是无线通信网路发展的前提，目前存在的主要问题就是频谱资源短缺，为了使得无线通信网络技术取得跨越式的发展必须开发利用更高频率的频谱资源。5G移动通信网络利用的频谱资源更高，主要应用于3GMZ到300GMHZ。毫米波通信技术的主要特点就是提高3GMZ到300GMHZ这一阶段的利用率，从而使得5G移动通信网路具备高速率，高容量的优点，但是研发毫米波通信技术的道路也是非常困难的，在研发过程中会遇到许许多多需要解决的问题，比如路径损耗、建筑物穿透损耗、雨衰等等。
（1）、路径损耗
路径损耗问题是无线通信经常遇到的问题，由于发射功率的特点以及传播的特性造成了路径损耗的必然性。发射信号很容易在传输过程中收到其他信号或者噪音等因素的干扰，另外发射信号也存在导致能耗的因素，根据自由空间路径损耗模型的公式我们可以知道，能耗的高低主要受频率的影响，频率越高，能耗越大。5G移动通信网络和现在的移动通信网络相比，它利用的是更高的频谱资源，所以它有更高的自由空间能耗，所以降低5G的能耗是研究的重点。为了解决这一问题，采用的主要方式是在高频段运用大规模发射天线，从而将能量集中到很小的区域，有效的降低自由空间的能耗。
（2）、建筑物穿透损耗
无线信号在传播过程中会穿过许多不同的建筑物，在这个过程中信号会有一定的损耗。传统的无线通信网路技术是低频段信号，它在穿过建筑物的过程中能耗比较低，而5G移动通信网路的毫米波在穿透过程中的能耗很高，如果在建筑物穿透过程中的能耗非常高，那么将会导致无线移动信号将无法被室内的人接受到，或者接受到的信号非常的弱，而解决这一问题的主要方法是在室内建立WIFI节点或者毫微微蜂窝。
（3）雨衰
顾名思义，雨衰的就是雨水会影响无线信号的传播，雨衰是毫米波通讯必须考虑的问题，因为它会降低无线系统的稳定性，影响无线信号的传播路径的长度等等当降雨量比较大时，对无线通信系统产生的影响最大，因为这时候雨滴的大小和发射波长基本相同，很容易发生散射。
2、大规模MIMO技术
1、大规模MIMO技术的概念
MIMO技术具有很多优点，它不仅可以提高系统的频谱效率，提高数据传输速率，而且可以提高无线信号传输的质量，增加系统的覆盖范围，从而满足人们更高的需求。但是，它也有许多不足，比如传统的MIMO技术提高了硬件的复杂程度，增加了信号处理的难度等等。目前大数据时代已经来临，传统的MIMO技术已经不能满足社会生产和人们生活的需要，因此对MIMO技术进行改革和创新是必然的趋势。在2010年形成了大规模MIMO技术理论，大规模MIMO技术在很大程度上解决了传统MIMO技术的不足，比如它可以采取减小小区尺寸的方式来提高系统的容量；无线通信网络系统可以采用廉价的器件构建，很大程度的降低了研发的成本；当天线的数量足够多时，可以不受噪音或者其他因素的干扰等等。
2、信道状态信息的获取
大规模MIMO技术的研发虽然很大程度的加快了5G无线通信网络技术的发展，由于大规模MIMO技术需要更多的天线，当天线数目增多时，基站就需要获取精确的信道状态信息，这样获取精确的信道状态信息才能保证整个无线通信系统稳定的运行，但是目前如何获取准确的信道状态信息是一个关键性问题，在解决这个问题的过程中采用的方法主要是利用时分双工系统。时分双工系统主要是利用上行道和下行道在相关时间内的信道状态的互易性原理来获取期望CSI。在大规模MIMO系统在进行数据传输的过程中经常会受到不同因素的影响，比如小区内干扰，非相干干扰以及有导频引起的区间干扰等等。另外，由于在应用大规模MIMO技术的过程中会用到许多的天线，由于天线数目的增多，会给系统处理，外观建设，网络建设等方面带来不同程度的困难。天线的尺寸和配置方式主要受系统运行频率的影响，所以5G移动通信系统将采用全新的天线型态设计，使得大规模MIMO在高频段的利用成为未来主要的研究方向。
综上所述，5G无线通信网络技术具有非常多的优点，它的实施应用不仅会为人们的生活带来更大的便利，而且为国家的发展提供源源不断的动力，并且它将会成为信息技术时代一个新的阶段。
参考文献：
[1]汤进凯，王健.面向及5G发展的城域传输网络演进的思考[J].电信科学.2016，（S1）：112.
[2]赵军辉，陈燕，黄德昌，黄大成.基于“端—管—云”体系的车载自组织网络关键技术[J].电信科学.2016，（08）：45.
（作者单位：中国移动通信集团广西有限公司南宁分公司）
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