5G无线通信网络及关键技术研究

金拥政

【摘要】    本文针对5G无线通信网络及关键技术，采用理论结合实践的方法，先分析了5G网络的内涵及特点，接着探讨了5G的无线通信关键技术，最后论述了5G通信网络建设的关键技术。分析结果表明，5G无线通信网络是新时代发展的新技术，和4G相比，5G无线通信网络在传输速度、传输容量、延迟等方面具有非常显著的优势。在医学、航空、工业生产、智慧城市建设等方面具有非常良好的应用。

【关键词】    5G    无线通信    异构    空口技术

引言：

在4G无线通信网络进入商用阶段之后，5G无线通信网络成为全球研究的热点话题，在2016年6月ITU确定了5G无线通信网络的时间表、名称、愿景。5G无线通信网络技术的应用场景有三个，包括：eMBB、mMTC、uMTC。和4G无线通信网络相比，5G无线通信网络更加完善，运行起来更加稳定，传输速度更快，在一些方面优势和应用效果，甚至超过通信网络，在未来具有良好的发展潜力。基于此，開展5G无线通信网络及关键技术是分析研究就显得尤为必要。

一、5G网络的内涵及特点

5G无线通信网络的全称是第五代移动通信网络技术，是一种全新的网络技术，不同国家对其定义不同，发展至今，也没有明确的定义。国际上普遍认为，5G无线通信网络是现有4G无线通信网络的延伸，其通信速度远远大于4G无线通信网络，网速可达到4G无线通信网络难以企及的10Gb/s，虽然5G无线通信网络依然是全球范围研究的热门话题，但就目前5G无线通信网络的发展现状来看，在短期内无法实现大面积普及。和4G无线通信网络相比，5G无线通信网络具有明显的特点，主要体现在以下几个方面：

一是具有很高的传输速率，5G无线通信网络全球范围内近年来才兴起第一种高端技术，通过多年的技术完善和创新，其传输速率越来越高，每秒的传输速率达到几十Gb，这是4G无线通信网络难以比拟的。

二是具有很强的兼容性。5G无线通信网络中融入了很多先进的无线技术和高精尖技术，是一种综合性非常强的新兴技术。可兼容很多技术和设备，这也是很多专家和学者非常看好5G无线通信网络，并全身心的投入到5G无线通信网络研发中的关键。

三是具有更低的功耗比，在应用5G无线通信网络时，需要多个小任务的共同支持，其中电子邮件程序就是重中之重，为全面提升电子邮件更新的及时性，会向服务器持续不断的发送请求，而且可对运行中浪费的电量进行自动审核，阻止那些无应用程序继续运行，从而降低电量的损耗速度，延长电池的使用寿命。

二、5G的无线通信关键技术

5G无线通信网络是目前最具发展前景的技术，在很多方面，很多领域都可以得到良好的应用，就目前5G无线通信网络发展现状和未来的发展趋势而言，5G无线通信网络的关键技术主要包括以下几种：

2.1异构无线通信技术

5G无线通信网络据在应用中，仅凭单一的数据、语言短信等简单的业务已无法有效满足实际需求，需要很多种高新技术、高新设备的联合应用，相互融合，才能满足5G无线通信网络持续、安全、稳定、可靠的运行[1]。早期网络技术已经难以满足5G无线通信网络的发现需求。需要立足大数据挖掘技术，充分挖掘出计算机网络技术的优势和数据库中存储的海量数据，为5G无线通信网络持续稳定的运行提供服务和技术支持。这是因为在5G无线通信网络同时包含了多个多元化的网络节点，需要信号全覆盖的支持。这就需要用到异构无线通信技术，可采用小区部署和D2D相互联合的通信方式，提升5G无线通信网络的应用范围。比如：小区部署通信方式指的是在小区中设置一个高质量的5G无线通信网络基站，来提升5G无线通信网络的容量和传输速度，多个小区部署相互联合，就能建立起一个宏蜂窝网络。而D2D通信方式则为更好的满足局部地区对数据的需求，而建立起来的数据通信方式，以保证数据和信息能够实现实时传递。小区部署和D2D相互结合的通信方式，可大幅度提升5G无线通信网络应用的灵活性和传输速率。

2.2空口技术

空口技术也是保证5G无线通信网络稳定、持续、安全运行的关键技术，是区别于4G无线通信网络的主要技术。在4G无线通信网络中采用的是OFDM空口技术，但此种空口技术难以满足5G无线通信网络运行灵活性强、传输速度高的要求。要想发挥出5G无线通信网络的优势和作用，需要空口技术至少要支持1G/s宽带传输要求，无论是OFDM空口技术，还是CDMA空口技术都无法满足5G无线通信网络运行传输速率要求，如果坚持使用，必然会影响网络资源下载速度，影响用户使用5G无线通信网络的体验效果[2]。而且空口技术需要通过物联网传感器才能实现，需要二者能够充分协调，密切配合，形成一个稳定的通信网络系统，才能发挥出5G无线通信网络技术应用的价值和功能。目前在5G无线通信网络中应用比较多的动态空口技术为F-OFDM联合SCMA技术。

2.3云计算技术

云计算技术也是5G无线通信网络运行的关键技术，其主要的内容是通过计算机网络“云”将庞大的数据细分为多个小程序，提升数据检索和使用的速度，再通过多部服务器组成的系统进行分析处理，处理的结果及时反馈给用户，是分布式计算、效用计算、并行计算等先进计算技术联合的产物[3]。但就目前云计算技术在5G无线通信网络中的应用效果来看，经常发生延时性和不稳定性问题，其应用效果还有待进一步完善。随着5G无线通信网络的逐步推广，数据会呈现井喷式增长，传统数据处理技术是难以满足数据高效处理需求的。为保证5G无线通信网络运行的安全性、稳定性、可靠性，对终端设备的计算服务以及通信服务就提出了更高的要求和标准。所以在5G无线通信网络中应用云计算技术时，需要以提升终端设备的计算能力为标准，以便更好的提升数据传输速度。

2.4全双工技术

全双工技术也是5G无线通信网络应用的关键技术之一，指的是通信允许数据能够在两个方向上同时传输，可看成是两个单工通信方式的有效结合，可同时进行信号上双向传输，比如：A向B传输的同时，B也向A传输，是一种瞬时同步的四线制数据传输方式，具有同频、同时、双向传输。将此项技术应用到5G无线通信网络中，可大幅度提升5G无线通信网络频谱的利用率。同时丰富5G无线通信网络中的频谱资源[4]。但由于全双工技术是一种比较先进的技术，就目前发展现状而言，其应用还不够理想，依然存在一些问题亟待解决，比如：在应用全双工技术时，信号的接收和发送存在较大的差异;容易受到自然界干扰的影响。为避免发生这两个问题，提升5G无线通信网络运行的稳定性，可采用全双工技术、MIMO技术和其他组网技术联合使用的方法，这三种技术相互融合，才能弥补缺点，充分发挥出全双工技术的优势和作用。

三、5G通信网络建设的关键技术

3.1上下行解耦

5G无线通信网络建设是一项非常复杂的工作，涉及到很多方面的内容，任何一个细节控制不当，都会影响5G无线通信网络的应用效果，需要严格把控各项关键技术的应用要点，才能提升5G无线通信网络建设的质量。上下行解耦就是建设5G无线通信网络的关键技术之一。3.5GHz是目前5G无线通信网络室外使用的主频率，终端在运行中受到发射功率、天线数目等因素的限制，几乎无法达到下行同等覆盖的运行效果。这就表示3.5GHz并非是上行覆盖频率的最佳选择，可考虑使用1.8GHz或者是2.5GHz等已有的频段[5]。比如：1.8GHz频率和3.5GHz频率相比，可得到10Gb左右的增加，比较接近下行覆盖水平，可作为5G无线通信网络建设的首选室外使用频率。

3.2引入宏小区微小区双连接

5G无线通信网络结构的复杂程度，远远大于4G无线通信网络结构的复杂程度，因此，在5G无线通信网络建设中，不能向4G网络一样，建立大量小微基站，否则会大幅度提升建设成本和后期维护成本。5G无线通信网络可看做是一张多层异构网络，在运行中，其覆盖层主要由宏基站组成，再通过小微基站负责容量层。为提升5G无线通信网络建设质量，控制选择宏小区、微小区双连接的形式。比如：顶层建立宏小区，作为覆盖小区。然后在覆盖小区内部建立微小区，作为容量小区，同时允许终端驻留在覆盖小区和容量小区之上。其中覆盖小区的主要工作是负责用户控制面数据、移动性管理、高时延要求类业务等方面的资源和数据管理[6]。而容量小区则主要负责用户数据面的需求，承载高速率、低時延等任务。在此种连接方式下，用户在小区内部移动时，只会涉及到小区内数据面的迁移，而且不涉及到小区的切换，可大幅度减少由于频繁切换影响5G无线通信网络用户的体验感。

3.3低频资源重耕

低频资源重耕也是5G无线通信网络建设中的关键技术之一，按照中国移动未来的发展规划要求，900M低频资源可翻频5～15M，而1800M则可以实现全部翻频，2G网络和3G网络全部退出历史的舞台。退网之后的资源将为5G无线通信网络提供更加优质低频资源，通过对2G和3G网络低频资源的重耕，可有效缓解5G低频资源需求的问题。

四、结束语

综上所述，本文采用理论结合实践的方法，研究了5G无线通信网络及关键技术，分析结果表明，在信息化时代，哪个国家拥有更加先进的无线通信网络，就能为国家发展、民族振兴提供先进的网络技术支持。

我国是5G无线通信网络技术的研发国，利用好5G无线通信网络技术，可促使我国社会经济向前迈出一大步则，具有良好的发展前景。

参  考  文  献

[1]皮和平.5G无线通信技术的关键技术应用研究[J].通信电源技术， 2019，36（2）：215-216.

[2]张荣涛. 蜂窝结构和5G无线通信网络关键技术研究[J].信息通信， 2020，206（2）：218-219.

[3]邱新平.面向5G无线通信系统的关键技术探讨[J].中外企业家，2020，671（09）：149-149.

[4]朱明.蜂窝结构与5G无线通信网络关键技术探讨[J].数字通信世界， 2019， 000（002）：45，47.

[5]吴文波.基于5G网络的无线通信资源分配技术探究[J].中国新通信， 2020，22（21）：113-114.

[6]任小强，敬嘉亮，余树宝，等.5G无线网规划部署的若干关键问题研究[J].电信工程技术与标准化，2019，264（08）：12-16.