摘要：本文将从5G无线通信网络的优势出发，介绍其应用场景，并研究分析其物理层关键技术，旨在为我国5G无线通信网络技术的发展提供参考，进而满足我国广大用户的需求。
关键词：5G；无线通信；网络物理层；关键技术
引言
随着我国无线通信网络技术的不断发展，人民的生活、学习以及工作等多方面水平都得到了极大的提升，同时逐渐满足了人民日益增加的通信网络需求。但是，伴随着技术的发展，通信失真、窃听风险、信息泄露以及传输延迟等现象也影响了用户的体验。因此在新时期，人们越来越关注5G通信网络技术的变革。
一、5G无线通信网络的优势
5G无线通信网络能为网络用户提供更加安全、稳定、实时、高效的通信模式，和当今普及的4G网络通信相比较，5G无线通信网络的优势非常明显[1]。
1.1能量耗损低
能量的耗损会对自然环境造成严重影响，同时也对人类发展产生一定的威胁。5G无线通信网络正在发展成为一种绿色通信，会在最大程度上降低能量的损耗。
1.2系统容量大
如今计算机领域的相关技术正在飞速发展，计算机容量也在逐步扩大。因此，人们计算机的速率需要更大程度的提升，面对这种局面，5G无线通信网络必须拥有足够大的系统容量才能适应发展潮流。
1.3频谱资源高
5G无线通信网络将解决现今4G的频谱资源使用短缺的现象，并对频谱资源有效利用。
1.4注重于用户体验
在生活节奏不断加快的现今社会，用户对于数据传输的速率要求逐渐提高，并更加注重自身的网络体验。5G无线通信网络致力于网络环境的稳定与安全，必将更加注重于用户的网络体验。
二、5G无线通信网络应用场景
区别于传统的通信网络，5G无线通信网络的构成将涉及用户的休闲、工作、居住、学习等几乎所有场景，并在其中广泛应用，从而形成的异构网络非常庞大。5G无线通信网络形成的异构网络，如图1所示。
图1 5G无线通信网络的异构网络
三、5G无线通信网络物理层关键技术
在无线通信网络发展的进程中，都有一些相关的关键技术发展起来，这些技术符合新时期无线通信网络的需求，是无线通信网络发展的重要动力源泉。5G无线通信网络也需要拥有对应的关键技术，本文将着重介绍大规模MIMO通信技术和毫米波通信技术。
3.1大规模MIMO通信技术
3.1.1大规模MIMO通信技术概况
在以往LTE和4G时代，MIMO技术已经逐渐成为了这些无线通信网络技术中的核心之一。大规模MIMO通信网络技术的开发和应用，无需大面积更新用户的终端设备，进而增加系统覆盖率，同时是为了进一步提升单位比特耗能的利用率，以及频谱的利用率。现今的MIMO通信技术的发展，已经开始面向更多用户。相比较于以往的MIMO通信技术，大规模MIMO通信技术运用的主要方式是减少区域尺寸，从而增加信号的传输容量。
MIMO通信技术实施的具体方案为：把多根天线放置于接收端和发射端，通过增加对通信宽带网络以及发射的功率进行复用，进而完善无线通信网络系统，最终提升通信网络系统整体的能源效率以及数据速率。
但是在大规模MIMO通信技术有所进展的同时，仍然具有一些问题。大规模MIMO通信技术运行时，极易受到区间干扰、小区内干扰以及非相干干扰等因素影响。另外，如今天线的数目越来越多，为了保证快速的信号传输速率，需要及时掌握基站信道的状态，并对基站的信道进行下行信道以及上行信道的重点检测。
3.1.2大规模MIMO通信技术在高频段的应用
如今天线的数目越来越大，为相关设备系统的部署、外观设计、网络建设以及处理能力等造成了很多的困难。同时，系统的运行频率决定了天线的配置方式和尺寸，在高频段内，天线的尺寸以及间距将变得比以往更小，使得相关工程的实现难度大大降低。可是，大规模MIMO通信技术很难顺利应用在毫米波段，现今还存在着类似天线端模拟数字接收的转换器（ADC）于高采样速率下的高开销以及大型接受发送信号机器的能量耗损等问题。
另外，在如今无线通信网络有关技术的发展过程中，相关通信网络系统的工作频段在3GHz以下。随着用户越来越多，用户的相关需求也越来越高，致使3GHz以下频段的使用非常紧张，严重的时候会出现拥挤的现象。
所以，大规模MIMO通信技术应用于高频段，极有可能成为将来相关技术研究的主要方向之一。这是因为大规模MIMO通信技术可以使得即使在3GHz以下仍然会具备充足的频道资源。因此，高频段的出现，将会让资源紧张问题得到有效、科学地解决。
3.1.3绿色通信
现在社会已经进入了大数据时代，随着用户对无线通信网络与日俱增的需求，5G无线通信网络必将成为最新趋势。为了实现5G时代的绿色通信，重点在于对单个基站耗能以及网络功率的控制。相关技术人员已经提出了在网络的调度上使得网络可以依据用户的网络通信需求变化而相应地做出改变，实现网络部署的优化、调整动态的资源以及网络拓扑结构，进而对功率进行控制。同时，相关人员也提出了绿色共享通路的保护算法、回程算法以及空时资源配置MIMO-OFDMA系统等比较有效的相关解决方案。这些方案一定能够对5G无线通信网络系统的耗能实施更多的优化，使得5G无线通信网络时代更快到来。
3.1.4D2D通信
D2D（device to device）通信技术的主要作用是对5G蜂窝无线通信网络系统进行补充以及支撑，可以将无线数据的流量进行大幅增长，并且使功耗降低，从而有效将无线通信网络数据传输的可靠性以及实时性进行科学提升。
3.2毫米波通信技术
毫米波通信技术是一种非常典型的信息传输方法，优势在于保密性好、传输质量高以及对烟雾穿透力强等。但是经过研究发现，毫米波通信技术的发展过程中仍然伴有路径耗损、穿透建筑物耗损以及雨衰等问题出现。
3.2.1路径耗损
这类耗损是由于信道传播的特性以及发射功率辐射扩散，属于各个无线通信网络发展过程中都有的问题，发射的信号在相关无线信道的传播极易受噪音等因素的干扰。自由空间中路径耗损的模型用公式可表达成：
= + + （1）
单位是㎞， 单位是MHz。通过公式（1）可知，随着频率 增加或波长λ减少，使得自由空间的传播耗损增大。即在一定传播的距离中，频率越高损耗越大。因此相比于300MHz-3GHz的频段，毫米波的频段自由空间的传播耗损更大。为了解决这一问题，可以用大规模的接发天线于高频段，进行波束的成形，从而把能量在很小区域内进行集中，以获得更高增益。
3.2.2穿透建筑物耗损
毫米波在建筑物穿透过程中传播距离低，频段较小且耗损大。更高的穿透建筑物耗损将致使室内接收的信号变弱，或者信号不能够穿透建筑进入到室内。因此，为了确保室内的通信网络质量，可在室内建设毫微微蜂窝或者Wi-Fi节点。
3.2.3雨衰
在毫米波通信技术中，雨衰会将无线系统传播路径的长度进行限制，使得系统可靠性有所降低，并把高频段视距微波链路的应用也进行限制。雨滴大小和发射波长基本相同，所以很容易散射[2]。
四、结论
总体而言，5G无线通信网络时代的即将到来，必将为人们的生活带来更新的变化。为了能让人们有更好的体验，进而以良好的姿态服务于社会，相关技术人员必须深入研究5G无线通信网络物理层的关键技术，并且经过反复试验的确认，来提高5G的相关技术水平，从而早日迎来5G无线通信网络时代。
参考文献
[1]惠芳,李文聪.浅析5G无线通信网络物理层的关键技术[J].计算机产品与流通,2018(06):67.
[2]刘云.5G无线通信网络物理层关键技术
论文作者:肖建云
论文发表刊物:《基层建设》2019年第3期
论文发表时间:2019/4/19
标签：通信网络论文; 通信技术论文; 频段论文; 毫米波论文; 系统论文; 无线通信论文; 用户论文; 《基层建设》2019年第3期论文;