摘要：随着我国科学技术发展速度和社会发展进程的不断加快，人们对上网速率的要求也逐渐提高。这就要求我国通信技术部门加快网络技术创新，有效提高网络传输速度以及传输质量。5G 无线通信技术作为一种新式通信技术可以为互联网的正常运行提供更有力的支持，有效推动我国科学技术的发展及社会的进步。无线系统的技术和需求不断增多。5G 时代，不仅要提高网络通信的容量，而且要提高网络技术的安全性和高效性，5G 相对 4G 来说，传输速度可达 4G 的百倍之多，且安全性更高。5G通信系统，预计在 2020 年大规模推广和使用。基于室内和室外景象分离，详细介绍了 5G 的技术应用，特别是大规模的MIMO。新技术在使用和推广上，必定会遇到新的挑战，比如新通信基站的建立、无线网络和可见光通信技术等。
关键词：5G；无线；通信
引言：5G通信网络的物理层主要由大规模的MIMO技术和毫米波通信技术作为技术支撑。5G主要利用高频段进行通信，能够实现大容量的网络通信，为用户提供高效、稳定、安全和实时的无线通信方式。网络通信过程中，5G具有能耗低的优点，能够为用户提供更优质的服务。每一代网络通信技术的革新，都需要一些关键技术提供支撑。在无线移动设备数量、服务飞速增长的背景下，为满足无线用户不断增长的数据率及对新无线应用移动性能的需求，无线系统设计人员已开始进行 5G 无线通信系统的研究。而 5G 无线系统通讯技术是 5G 无线通信系统稳定运行的关键。因此，对 5G 无线通信系统关键技术进行适当分析具有非常重要的意义。
一、5G 无线通信技术的概念及特点
5G正式推广前，传输速度最快的无线通信技术是4G技术，4G技术的传输速度可以达到MB/s，而5G无线通信技术的传输速度可以达到GB/s。5G无线通信技术主要是利用无线通信技术提高互联网服务质量，提高数据传输速率，进而更好地满足用户的实际上网需求。5G无线通信技术本质上是无线接入技术的集合，其完美地融合了4G网络和WIFI网络，帮助用户体验极佳的上网环境。5G无线通信技术与传统通信技术相比，拓展性、可靠性以及节能性更好。
1.1 5G 无线通信技术具有拓展性
5G无线通信技术在现有基础上对先前的通信技术进行了资源整合，并进行了拓展。5G无线通信技术可以为用户提供速度更快、网络质量更好的上网环境。我国于2017年首次进行了5G覆盖能力测试，利用大范围的天线测试基站的覆盖能力，保证信号具有较高的强度，进而使5G无线通信技术可以满足不同区域用户的上网需求。
1.2 5G 无线通信技术具有可靠性
我国电信运营商主要采用提高无线通信网络吞吐量的方式来满足用户的上网需求。因此，电信运营商需要不断创新通信技术，不断加大资源投入力度，以保证自身的服务质量。5G 无线通信技术可以有效提升系统的容量，保证数据在一个相对比较稳定的环境下进行传输。应用 5G 无线通信技术还能快速分享视频、音频以及图像信息。5G 无线通信技术可以满足各种移动用户的信息访问需求，为用户提供更加快捷稳定的通信服务。由于 5G 无线通信技术具有较强的可靠性，所以成为了促进我国通信技术创新发展的主要力量。
1.3 5G 无线通信技术具有节能性
5G无线通信技术利用通信技术构建信息组织网与信息中心网，可在一定程度上降低实际建设成本，加快各种类型网络内部信息交换速率。此外，5G无线通信技术也实现了通信组网的低能耗运行，大大降低了电信运营商的运营费用。5G无线通信技术也能在一定程度上降低外部因素对通信活动的不良影响，保证用户享受到极好的通信服务。应用5G无线通信技术可以让电信运营商提高行业地位以及行业竞争力，帮助企业更好、更快的发展。
二、5G 物理层的关键技术
2.1.双公开技术
通常意义上的双公开技术指信息能够实现同时传输和同频率传输。现有的通信系统在信息传输过程中会受到信号干扰，而全公开技术能有效提高频率的利用率，实现多频率的信息传输，克服了一个通信系统不能同频率和双向传输的技术难题。这是当下人们热衷于研究双公开技术的原因。对 5G通信系统而言，应用双公开技术能够有效利用无线频谱资源。具体来说，通过抵消干扰信号的模拟端，抵消已知干扰端数字信号的干扰，解决传输过程中系统的干扰问题。
2.2.绿色通信技术
绿色通信技术主要用于降低信息传输过程中的能量消耗。从现有技术水平来说，这是目前无线通信业发展的一大挑战。虽说目前无线通信所消耗的能源仅占所有产业总能耗的 3%，但是这个数值每年以 15% ～ 20% 的速度增长。4G通信方式的普及已使通信技术的能耗大幅度增加，一旦 5G通信系统普及，将面临更加严峻的考验。因此，研究绿色通信技术有非常重要的意义。目前，针对这方面的研究主要以提高能源的利用效率为目的，但降低了通信系统的频谱效率。如何根据实际情况权衡两者，成为当前必须面对的一个问题。
2.3.毫米波高频段通信技术
毫米波高频段通信技术是解决频谱资源稀缺的有效方法。所谓“毫米波”指波长在 1 ～ 10mm 的电磁波。当下无线通信系统中，毫米波的优点正逐渐被人们重视。要想应用毫米波高频段通信技术，需要考虑电磁波在大气中的传播特性。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆毫米波的缺点是在大气中的散失较为严重，只适用于短波通信。5G 通信系统要想发展此技术，必须克服毫米波高频段通信技术的这一缺点。
毫米波与微波通信的区别主要在传输信道模型及多径数目等方面。现有微波频段的 MIMO 通信系统不适合毫米波通信系统。为了克服这一缺点，有关研究人员提出了“混合波束成形”的理念，主要是结合数字域波束成形和模拟域波束成形的概念，已成为 5G 通信系统的研究重点。要想真正推进 5G 通信系统的应用，需要研究这部分技术。
2.4.大规模 MIMO 技术
经过近几年的实践，目前多种无线通信系统中已普遍采用多天线技术。通过3G系统及WLAN等通信系统实际检验可知，多天线技术能够有效提高通信系统的频谱效率。其中，MIMO信道数量的增加与收发信号所用的天线数量呈现近似相关的关系。因此，研究5G通信系统时一般会设置多种数量的天线。但是，就单个系统而言，如果天线数量增多，肯定会整个系统空间被压缩，那么无法保证基础性功能。虽说如此，大规模MIMO技术的优势还是显而易见。首先，大规模MIMO技术有更强的分辨率，能够深入挖掘空间维度资源，保证多个用户在同一频率内的通信畅通，进而实现小规模数量基站下的高频谱信息传输。其次，大规模MIMO与其他基站平台相比抗干扰能力更强，能够适应一些极端环境下的数据传输。
对5G通信系统而言，攻克了这部分技术的内容，代表通信系统能够负担短时间内的大规模数据传输。但是，目前我国对这部分内容的研究仅停留在信道模、容量和传输技术方面，且都是理论数据阶段的研究，没有正式通过模型进行论证，传输方案都是选择TTD系统。如何挖掘当下国内大规模MIMO中的优势，结合国内无线通信行业的实际需要研究信道模型，是摆在人们面前的至关重要的问题。
三、5G 无线通信系统关键技术的应用及发展
3.1.能效通信技术
针对现阶段持续增长的信息通信技术能量损耗问题，无线用户对 5G 无线通信系统能源效率利用程度有了更加严格的要求。现阶段能效通信技术是 5G 无线通信系统关键研究模块。其主要以提升通信系统能源效率为目标，通过控制5G 无线通信系统频谱效率，将多小区多用户通信系统协同波束设计集中在两类优化问题求解中。综合考虑协同小区数、单天线用户数、基站最大发射功率约束、基站服务用户加性高斯白噪声等因素，可得出每根天线及维持基站活跃状态所需固定功率消耗。结合功率转化效率应用，可获得协同系统容量最大化波束成形算法性能对比图。继而获得平衡频谱效率基本框架。
虽然能效通信技术在一定程度上可降低 5G 无线通信系统能源损耗率，但是由于其没有考虑收发机损伤问题，对资源效率优化问题的解决造成了较大的影响。因此，如何避免收发机损伤这一硬件因素对波束成形优化的影响，也是能效通信技术未来发展方向。
3.2大规模 MIMO（多输入多输出）技术
大规模 MIMO 技术主要是在发射器、接收器间进行多个天线设置，通过调整多个天线数量及角度，可获得较大的自由度，进而促使 5G 无线通信信道可接收、容纳更多的信息数据。在大规模多输入多输出系统中，发射机 / 接收机内部配置了数十个至数百个天线元件，且每一设备及其相关设备具有大量接收天线。上述结构不仅可以充分发挥 MIMO 通信系统优势，而且可以削弱 5G 无线通信中噪音影响及快速衰落情况。结合简单线性预编码及检测方式的应用，可以有效降低 5G 无线通信系统小区内信号干扰现象。
虽然在多输入多输出通信系统运行中可以适当减弱信号干扰，但是 5G 无线通信信道间干扰、天线间同步、多个RF 链等问题仍然存在。这种情况下，依据传统多输入多输出系统 SM 复用增益与发送天线数的对数关系，如何利用空间调制的方式降低多输入多输出系统复杂度，也成为大型MIMIO 系统研究的新方向。
3.3.毫米波段频谱通信
毫米波段频谱通信有望解决微波频段频谱资源稀缺问题。一般来说，毫米波主要为频率在 3*105 赫兹 -3*106 赫兹电磁波。在 5G 无线通信系统通信技术发展进程中，利用毫米波段频谱通信，可以实现对无线电波传播路径、大气层遥测的高效频谱分析。同时考虑到毫米波段在大气层传播中频谱选择性吸收特点，可将毫米波通信应用于短距离无线通信。针对毫米波段通信在实际应用中多径数目衰落特性，如何进行混合波束成型时通信系统架构下毫米波段信道模型建模，保证微波 MIMO 通信系统信道信息的有效获取，仍然是毫米波段频谱通信的重要发展目标。
结束语
随着我国科学新技术的蓬勃发展，和国外通讯领域的差距也不断缩小。在未来通信技术发展过程中，我国必然出现5G 通讯引领的时代，才能更好地实现信息的交流和同步，在此通信技术发展前提下，作为通信技术人员必须要掌握全面5G 无线通信技术关键内容，真正的推动着 5G 无线通信系统从理论走向实践。最大范围内满足人们对无线数据业务服务的要求，也推动着我国 5G 无线通信系统的质量和效率得到更进一步的提升。
参考文献：
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[2]刘馨.基于面向 5G 无线通信系统的关键技术探讨.2018，（4）：50.
[3]李印鹏.浅谈面向 5G 的无线通信系统关键技术.2018，20（8）：31.
论文作者:郑生伟
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/9/21
标签：通信技术论文; 通信系统论文; 毫米波论文; 频谱论文; 通信论文; 技术论文; 天线论文; 《基层建设》2019年第18期论文;