摘要：经济技术的发展和人民需求的急剧增加刺激着无线通信系统技术改善和发展，目前，无线网络已遍布人们生活的每个角落，这也就增多了移动端的业务需求。为了满足这种巨大的需求量和人们日新月异的生活状态，就需要研究人员对无线网络技术和传输技术进行更深入的研究和发展。我们所谓的5G通信技术就此应运而生，5G拥有许多明显的优点，然而由于5G仍然处在成长期，因而依然有很多关键技术需要进行探究和分析。
关键词：5G无线；通信系统；关键技术
工业化和信息化以及互联网的结合是达成智能制造的基本，这就让工业之间的结合需求进而提高，经过工业结合能够达成工业领域内各个部门之间的数据实时互通。经过统计，在2020年，中国的预估性保护市场范畴可能到达300亿元，远景十分开阔。因此，对于5G 通信技术的关键技术分析是十分有必要的。
一、5G的概述与发展趋势
5G，也就是第五代移动通信系统，是为了满足2020年后人们对移动通信的需求而提出的。根据以往的移动通信发展规律，5G跟4G相比，频谱利用率和能效将更高，资源利用率和传输速率将比4G提高一个量级，系统安全、传输时延、用户体验和无线覆盖等都将显著改善。5G通信将构成一个无所不在的通信网络，满足未来流量增加1000倍的需求。未来的5G系统将具有更加智能化，可以网络自感知、自调整等特点。随着移动通信技术的快速发展，世界大部分地区已经进入移动互联时代，4G技术已经成熟，各大运营商已经开始大力推广4G。高科技，总是未雨绸缪的，2013年开始，世界范围内开始进行5G的探索，2014年，很多国家把新一代通信系统的研发提升到国家战略高度。2013年年初，欧盟启动了ME⁃TIS项目，正式开始5G的研发，该项目由包括华为在内的29个参与方共同研发。韩国成立了5G技术论坛。我国在2013年6月和2014年3月启动了5G的一期、二期课题，这两个课题都属于国家的863计划。各个国家希望在2015年世界无线电大会前后就5G的频段、关键技术指标、应用需求和发展愿景达成共识，目前正就这些问题进行广泛的研讨，有望在2016年启动5G技术的标准化进程。
二、5G无线通信系统的现状
如今我们生活中的移动设备主要应用的是4G通信系统，与传统的4G通信系统相比，5G通信系统的传输效率更高，同时其也具有较为宽广的覆盖面积。因此，基于未来对移动通信系统的切实需求与移动通信系统的发展前景来讲5G通信系统比4G通信系统有更加广阔的提升空间。现阶段由于国际上各个组织的相互协作，我国对5G通信系统的研究已经取得了可观的成果，现阶段的研究方向主要在于技术的整合，5G通信技术与其他的通信技术要做到有机的组合。同时中国也正在逐渐与不同的组织进行合作，中国正在尝试通过不同的途径获得与其他组织的合作关系，因此人们已经认识到5G通信技术将会成为相关新兴技术发展的重要推力。换个角度进行思考，如今日益庞大的通信业务均是在无线通信的基础下实现的，因此在未来的工作中也只有5G通信技术才能够满足日益增大的数据量。
三、无线通信系统的无线传输技术的种类
3.1 大规模范围 MIMO 技术、特征、问题
3.1.1大规模范围 MIMO 技术
大规模范围MIMO技术是发射端和接收端能够同时使多个发射天线和接受天线发出的信号，并利用信号接收端和发射端来接收和传达天线的信息情况。因此来保障无线通信系统的质量和效率提高。大规模范围MIMO技术作为无线通信技术已经广泛的应用，MIMO 技术主要是为了提高频谱效率和效率安全的进行运输。大规模范围 MIMO 技术已经作为 5G 无线通信系统最重要的技术之一，它能够将空间内的资源充分的利用，也能够提高通信系统的频率。大规模范围MIMO技术还可以屏蔽周围的噪音，给人们的生活也带来很大的便利。目前无线通信系统的研究人员对大规模范围 MIMO 技术在对 5G 无线通信系统给予很大的厚望。
3.1.2大规模MIMO通信技术的基本特性
具体来讲，大规模MIMO通信技术指的是在基站端设置比现有系统中天线数更大的大规模天线阵列，进而同时服务于多个用户（一般情况下，我们默认为几百根，同时服务用户总数约为总天线数的10%）。这部分天线能够分散于小区内，或者是以大规模天线阵列的形式进行集中配置。大规模MIMO技术受到更多重视的主要原因在于：其在设置大规模天线阵列后，系统能够获取大量常规系统难以比拟的物理特性及优势。经详细研究，包含以下几个方面：首先，由于天线数的不断增多，各用户间的通讯渠道会呈现出正交特征，即为用户间干扰能够得到迅速消除，最终有效提高系统容量；其次，随着基站天线数量的上升，令信道快衰落、热噪声被有效均匀化，也就是说信道硬化作用使得更多用户不至于陷入深衰落，减少了空中接口的等待延迟，并且简化了调度方针；再次，更多天线的利用，能够令波束能量聚焦对准到更小的空间范围，有效提高了空间分辨率；除此之外，更大量天线的启用，令阵列增益迅速提升，进而有效减少了发射端的能耗，令系统总能效提升多个数量级。
3.1.3大规模MIMO技术应用过程中的问题分析
尽管大规模MIMO通信技术的吸引力较强，然而这些特性的实现需要依靠基站端对信道信息的获取程度。对于目前蜂窝系统中的双工制式，主要为时分双工、频分双工，两者信道信息的获得手段及成本存在较大差别。在此技术应用初期，大部分专家仅仅针对TDD制式下的有关技术内容展开探索的，即为从信道信息获取时的导频开销角度进行考虑的。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆即便该模式对大规模MIMO技术的应用具备先天优势，然而考虑到多小区蜂窝系统的时候，则因导频数目不足，在多个小区间必须借助共用导频序列，进而造成严重的导频污染问题，对TDD制式下的MIMO系统容量性能产生巨大的影响。针对这一难题，近年来专家人士通过对用户进行分组的手段，同时利用信道统计信息进行第一层预编码，把以往的高维信道变换成低维信道，最终有效减少了预测有效信道时所需的导频支出。当然，对于大规模MIMO系统来讲，像怎样更好地设计简便的收发机波束成形及功率分配算法等问题，仍旧是今后通信技术研究工作中的重点论题。
3.2 全双工技术
全双工技术主要指能够在同一时间和同一频率内进行双向的通信技术交接，在无线通信系统技术中能够在已有的信号上自我是我进行干扰。在同一时间同一频率内进行双向通信，可以通过时间和频率进行区别开来，并可以与TDD和FDD 的方式相对比较进行全双工技术。
3.3 绿色通讯技术
现今，通信科技引起的高能耗现象引发了越来越广泛的关注，同时也给全球通讯技术的可持续发展提出了一大难题。据不完全统计，信息通信科技带来的能耗占世界能耗比重超过了3%，每年的增幅较大。随着4G通信网络的推广，信息通信科技引起的能耗也愈发严重。零等待零距离通讯的即连5G通讯系统的根本目标为实现通讯系统能效改善1000倍。
尽管在低发射功率情况下，满功率发射能够同时实现最佳的频谱效率及能源效率，然而在高发射功率前提下，频谱效率和能源效率两者呈现出鲜明的差异。在通讯系统当中，怎样有效地权衡二者的优势也变为通信领域的研究重点和基本架构。当前，怎样同时完成高频谱效率及高能源效率的通讯技术已经成为5G无线通信系统的突出问题。近来，有关人士对多小区多用户MISO下行链路系统及大规模MIMO下行链路系统的资源效率优化问题进行了探索。为同时平衡系统容量以及资源能耗，我们不妨从系统资源效率的角度出发，对资源效率进行进一步的优化。除此之外，我们也不可忽视收发机损伤这一关键问题，若是把这一硬件因素纳入到波束成形优化问题当中，便会发现更多更有意义的问题。考虑收发机的固定功率消耗且此参数不为零时，大规模MIMO通信系统的能耗为零，与此同时，大规模多用户MIMO通讯系统也势必会成为一个能效最高的通信系统。
四、无线通信系统的无线网络技术的种类
4.1 软定义无线网络技术
软定义无线网络技术主要指设计思想过程的一种方法。它是将计算机网络的控制平台和数据平台分离开，并且使用开放式的可编程的控制方式增加网络管理、维护和控制的灵活性和扩展性应用。首先主要是指控制的功能由当中分离出来。其次应由一个中心控制的软件进行控制，将控制和转发进行分离。最后使控制变得更加灵活，设备变得简单起来。我们可以将应用层、控制层和基础层。软定义无线网络技术主要是由控制器所控制的。
4.2 自组织网络技术
自组织网络技术开始主要是靠人工的方法进行网络的部署，运行和维护等。在自组织网络技术运行中投入大量的人力和物力，反而增加了自组织网络技术运行的成本。我们为了降低人工的运行成本问题就有了自组织网络技术的想法。自组织网络技术具有优化和降低人工干扰的作用，它包括自组织移动网络技术、自组织计算网络技术、自组织存储网络技术、自组织传感器网络技术五部分构成。自组织网络技术具有自配置和自由化、自愈合三个方面的能力。
4.3 内容分发网络技术
内容分发网络技术是指通过在现有的互联网中增加一层新的网络架构，将网络的内容发布到最接近用户的网络边缘中进行使用。内容分发网络技术就是采取缓存的服务器，可以将服务器分步到客户集中的地区和分布到网点当中，其次是根据网络的酒量和负荷状况，以及距离客户的响应时间分到相对距离较近的服务节点上，就能够让客户获取自己所需要的信息。从根本上解决了互联网网络阻塞的问题，从而提高了访问的响应力度。内容分发网络从技术上可以全面解决由于网络带宽小和用户访问量大，网点分布不均等问题，解决客户访问网站的响应速度慢。
五、异构无线通讯网络
现阶段，随着集成电路科技的不断进步，通讯系统及终端能力获得了很大程度上的增强，通讯科技及计算机技术有机结合，各类无线接入技术也慢慢成熟、普及。早在4G移动通信网络中便提出了选取多元化的网络节点或者覆盖范围，包含宏小区、微小区、中继、家庭基站以及WIFI接入点等等。常规的基于信干燥比或接受信号强度的接入节点选择机制无法满足多样化通讯节点的异构通信网络需求。要想实现负载的转移，同时提高网络吞吐量、弥补宏基站覆盖的黑洞，异构网络当中必须引入多种类型、多发射功率的接入节点。同时，为了从根本上体现出接入节点的功效，应当引入创新性的接收节点选择机制。举例说明，比如对覆盖范围扩展机制的引入，也就是用户节点在其接收低功率接入节点的信号强度基础上增添一定的偏量值，紧接着对等待选取的多个节点进行修正操作。由此可见，这种修正的接入机制能够更加迅速地完成转移、均衡负载的任务。
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论文作者:陈柏林
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/9/8
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