试论5G无线通信网络物理层关键技术
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摘要：本文主要针对5G无线通信网络物理层关键技术展开深入研究，先阐述了其应用的重要性，如有利于提高频谱资源利用效率、有利于提高用户的网络体验效果，然后结合毫米波通信技术、端到端低时延设计、大规模MIMO技术等，对5G无线通信网络物理层关键技术展开详细论述，将网络物理层的总体构造予以明确化，简化无线通信操作，不断提高传输的精准性，充分彰显出5G无线通信网络的应用价值。
关键词：5G无线通信网络;物理层;应用
中图分类号：TN9292.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2020）01-0015-02
5G无线通信，作为全新的无线通信手段之一，是无线通信领域的重要发展目标和趋势。实际上，在5G通信网络中，其网络内部构成是很复杂的，尤其是网络物理层与多种5G关键技术的联系较为密切。针对完善5G通信网络，要想不断提高无线网络通信的实效性，必须要注重对物理层性能的改进，确保整个通信网络运行效能的稳步提升。
1 5G无线通信网络的重要性分析
1.1 有利于提高频谱资源利用效率
对以往无线通信网络频谱资源利用进行分析，无线通信网络的频谱资源具有集中性特点，一定程度上使无线通信网络对信息传递的速率造成影响，这已经成为了信息传递质量的重要影响因素，对构建网络产生了一定的威胁。4G无线通信网络不断发展过程中，技术人员为了将信息传输速率提升上来[1]，不断增加频谱资源的使用量。5G无线通信网络，可以确保频谱资源利用的科学性和合理性，大大提高信息传输速率。
1.2 有利于提高用户的网络体验效果
现阶段，用户对数据传输速率的需求越来越高，在数据传输速率可以与用户的业务需求相契合的情况下，人们会用户体验也提出了较高要求。无线网络环境要想体现出安全性和稳定性，让用户感受到网络的魅力，这种无线通信网络技术，将会成为网络发展的“佼佼者”。
2 5G无线通信网络物理层关键技术
2.1 毫米波通信技术
在无线通信网络不断发展过程中，缺少充足的频谱资源不容忽视，要想更好地发展无线通信网络技术，必须要不断提高高频率频谱资源的利用效率。而5G移动的通信网络，可以为提高高频谱资源利用效率创造有利条件，一般来说，应用的频谱范围至少为3GMz，给予通信的高速率和高容量一定的保证，但是在该技术研发过程中，也存在著一些不足之处，如路径的损耗等。
2.2 解决路径损耗问题
在无线的网络通信中，想发射功率和传输特性的影响下，其他信号极容易影响到传输中其发射的信号，而且其发射的信号也存在着能耗问题，结合自由空间内路径损耗的模型相关公式，其能耗大小和频率之间的关系较为紧密，在频率较高的情况下，其能耗也处于不断增长的趋势。对比5G移动的通信网络和当前移动通信的网络，利用频谱的资源比较高，所以大大增加了自由空间的能耗。因此，在具体解决中，应借助在高频段进行大规模的发射天线，在较小区域范围内，集中能量，从而为解决自由空间能耗问题提供帮助。
2.2.1 解决建筑物的穿透损耗问题
在无线的通信信号传输过程中，会穿过诸多建筑物，在这个过程中，极容易损耗信号，而且5G移动的通信网路其毫米波在穿过建筑物时，所产生的损耗较高，要想确保室内用关乎能够接受较弱的信号，应在室内构建WIFI节点或毫微的微蜂窝。
2.2.2 解决雨衰问题
在无线通信信号传输过程中，会面临雨衰这一问题，在雨水的影响下，极容易影响到无线通信系统的稳定性，对其原因进行分析，主要是因为雨滴大小与发射的波长相一致，出现散射的概率较高，所以仍然需要进行不断研究。
2.3 端到端低时延设计
空口时延、核心网时延等，是端到端时延的重要构成内容。由于业务模型的差异性明显，端到端时延主要体现在单程和回程时延等方面。端到端低时延设计，主要是指数据包从离开源节点的应用层时，直到目的节点的应用层成功接收所经历的时间长度，给予URLLC可靠性、超低时延等能力一定的保证。在当前的4G网络中，端到端理想时延在10ms左右，LTE的端到端典型时延至少为50ms，在5G不断应用过程中，端到端时延将会更加低于4G。
2.3.1 连续广域覆盖
在任何地域下，要想确保用户获得前所未有的业务体验，应加强密集基站部署，与移动宽带和用户高速率体验相符合。比如用户在小区边缘，在高速移动的情况下，也可以实现高速率通信，同时，用户体验速率高达100Mbps。
2.3.2 热点高容量
5G网络中，用户体验速率高达1Gbps。为用户提供100Mbps以上的用户体验速率，确保用户在局部热点区域和恶劣环境下，将极高的数据传输速率提供给用户，确保用户实时传输超高清视流需求得以实现。
2.3.3 低功耗大连接
其应用场景主要为传感器接入和远程数据采集，其特点就是低功耗和海量连接等。其面向范围主要体现在环境监测和智能农业等，为电远程抄表、路边井盖监测提供强有力的保证，也广泛应用于智能农业生产中土壤湿度、温度检测等。所以网络终端分布范围应确保广泛性，也要将超千亿连接的支持能力提升上来，不断朝着终端的超低功耗和超低成本的方向迈进。
2.3.4 低时延高可靠
应用领域主要包括车联网、工业控制、远程医疗等，对自动驾驶中车辆周边的路况信息予以提供，将毫秒级的端到端时延提供给用户，不断提高业务的可靠性。
2.4 大规模MIMO技术
首先，技术优势。对于大规模MIMO技术来说，主要对多天线进行使用，大规模天线的阵列，通过天线呈现空分的特点，将相同频谱资源向用户同时进行服务，并将频谱的效率提升上来，确保信息传输具有较高的稳定性，同时空分的特定，其高分辨率的空间性自由度也较为显著，此技术的波束进行成型中，可以将波束在较小的范围内进行约束，所以可以有效控制干扰和发射的功率。由于该技术的空间性自由度较高，其信道安全性设计是重中之重，在其内部存在着较多的移动性隐私信息，所以极容易入侵恶意软件。所以在解决过程中，应加强Fuzzing的测试，并与logcat的系统结合在一起，以此来全方位、多角度领域地监控恶意的软件，发挥出自动化优势，并通过模糊数据的分析模式，起到强有力的预警效果，从而不断提高无线通信系统运行的安全性和稳定性。
其次，信道状态的信息获取。该技术使用的天线比较多，在天线数量较多的情况下，可以大大提高无线通信系统的运行效率。在该技术中，准确获取信道状态相关信息是至关重要的，该系统与频双工的系统的差异性较大，与频双工的系统，主要使用终端的用户，以此来估计信道，从而获取反馈信息，而时分双工的系统，则大大降低了信道的开销，而且无需构建复杂性反馈机制。但是在时分双工系统使用中，其原理特性为互易性。
3 结语
总之，现阶段，在社会经济的强大推动下，无线通信网络技术发挥的优势和作用越来越明显，其中，加强5G无线通信网络物理层关键技术的应用势在必行，不仅可以使信息传输效率得到保障，而且还可以与用户各方面的需求相符合，不断提高用户的体验度。
参考文献
[1] 彭德义.基于机器学习的5G无线通信物理层关键技术研究[J].湖南工程学院学报（自然科学版），2019，29（03）：37-43.
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