5G无线通信系统的关键技术分析

周 浩

（吉讯股份有限公司，河北 保定 071000）

1 5G无线通信技术

与4G无线通信技术相比，5G无线通信技术覆盖范围更广、速度更快，有更大的发展空间。近年来，国家也加大了对5G无线通信技术的投入和应用，在试验研究阶段取得了可喜的成绩[1]。在运行速度方面，5G无线通信技术可以达到10 Gb/s。目前，5G无线通信技术已经成为一个热点课题，在未来的发展过程中具有巨大的潜力。

2 5G移动通信功能特点

与4G技术相比，5G有如下功能特点。（1）增强移动宽带。5G技术先进性体现在数据传输速度方面，最高可以达到10 Gb/s，可以满足用户对数据通信的要求。5G增强型移动宽带可以保证数据移动性、业务连续性不会受到影响。（2）超低时延。5G技术具有低时延、高可靠性等特点，现已应用于增强现实/虚拟现实（Argmented Reality/Virtual Reality，AR/VR）、人工智能（Artificial Intelligence，AI）机器人、智能制造等领域[2]。

3 5G无线通信系统的关键技术

3.1 超密集异构网络

5G移动通信网络技术可以主动利用低功率的小型化基站以及宏站，完成对移动信号覆盖的精细化处理。与4G移动通信技术相比，5G移动通信网络技术可以接入混合异构网络，进一步提高移动信号覆盖率。最重要的是，5G移动通信网络技术在站点功率利用方面可以提供较大的频谱效率[3-6]。

3.2 空口技术

相较于4G无线通信系统，5G无线通信系统数据对于传输速度要求较高，主要原因在于其应用了空口技术。该项技术不但能带动网络信息传递速度为1G/s的宽带，为用户提供方便快捷的通信传输服务，而且还能与传感器进行有机结合，构建一个网络信号较强的网络通信系统，从而有效扩大无线网络通信的覆盖面。在实际应用过程中，5G空口技术又可细分为高频新空口技术和低频新空口技术。其中，高频新空口技术主要采用超大带宽信道和高密度部署，能有效提高无线通信系统的数据传输速率和数据流量密度，主要被应用于信号指向性强、覆盖面积小、高容量以及高热点的通信场景中。低频新空口技术则整合了大规模多天线阵列、调制编码和新型多址技术，适用于覆盖面积广、高连续性、低时延和热点高容量通信场景中，能够有效保障无线通信的可靠性。

3.3 大规模MIMO技术

尽管小小区和终端直通（Device-to-Device，D2D）两种异构网络架构能够为5G无线通信系统提供巨大的网络性能增益，但是也可能对宏蜂窝用户、其他小小区用户以及D2D用户的网络通信造成一定的干扰，从而对系统整体通信性能造成不良影响。为了解决这一问题，相关企业可应用多进多出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）技术。大规模MIMO技术不仅能为无线通信网络系统带来发射功率和带宽复用的分集增益，同时还能有效提升无线蜂窝通信系统的性能，使系统的覆盖性能显著增强，频谱利用率显著提高。具体应用过程中，在现有5G无线通信系统中配置多个基站端和若干数量的天线、大规模天线矩阵等，这些天线可以大规模天线矩阵方式集中放置，也可分散放置在小区中，同时服务于多个用户。利用该方法，能显著提高系统信道总容量并消除用户间的通信干扰，从而提高用户对系统通信服务的满意度[5]。大规模MIMO技术通信网络构建方式如图1所示。

图1 大规模MIMO技术通信网络构建方式

3.4 云计算技术

通过云计算平台对数据的存储和分析，进一步加强了终端设备的计算能力和分析技能，通信传输速率和数据计算能力也大大提高。作为一种典型的专业化技术，云计算在提高通信传输速率有效应用率的同时，也极大地优化了通信系统的开发模式和开发方法。作为最具潜力和优势的5G无线通信系统，更应该积极应用和共享云计算技术，不断发挥5G连接在线服务器的优势。充分整合5G无线通信系统和云计算技术，采用离线阶段算法等，更好地实现数据压缩密度和扩展存储容量的同步提升[7]。

3.5 网络切片技术

网络切片作为5G通信网络的核心技术，不仅可以满足不同业务场景的需求，同时也可以保障不同业务场景之间独立运行、互不干扰，实现数据资源共享。其中，网络功能虚拟化（Network Functions Virtualization，NFV）是实现网络切片技术高效应用的基础。为了在移动通信网络中完成统一部署和设备功能优化，操作人员需要结合软件功能虚拟化特征为不同用户提供针对性服务。除此之外，不同网络形式在网络功能需求方面存在差异，例如金融行业需要稳定安全的网络体系、视频网络需要大量带宽，网络切片技术应满足用户差异性需求，加强对不同逻辑网络体系的架构应用，进一步提高网络通信服务质量。

4 5G网络通信的应用

4.1 优化系统修复水平

当前5G通信技术尚处于持续探索阶段，在应用中不可避免地会出现一定的技术缺陷，给通信效率造成较大的影响。在5G网络快速发展的今天，信息传输过程受外部的冲击和影响更加强烈。网络环境本身具有较强的开放性，信息传输中容易受到病毒、黑客的影响，降低了信息数据的安全性。在此背景下，规范化地对系统自身进行修复，能有效发现并处理网络系统本身的漏洞，减少数据传输过程中的安全隐患，确保数据传输的安全性[7]。

4.2 完善5G通信传输数据控制标准

5G通信有效拓展了数据传输的信道，增加了信息传输的容量。基于此，要进一步协调数据传输效率与安全性的关系，还应注重数据传输标准的建设，构建统一、标准化的通信规则。在该规则下，加强5G通信的全过程管理，最大程度提升5G通信网络基础框架建设水平[8]。

4.3 深化5G先进技术的应用

在全新通信环境下，为了提升5G通信数据传输效率和稳定性，还应深化5G通信技术与其他先进技术的融合。全覆盖技术、频谱拓展技术等都是通信工程领域全新的技术形态，规范使用这些技术能减少5G通信过程中潜在的安全风险[9]。在5G通信与先进技术融合应用中，相关从业者应深化对5G通信技术基础理论知识的学习和对5G通信基础网络架构的分析。此外，在现有新技术应用的基础上，还应加强5G通信技术的创新升级，最大限度地提高5G数据传输的安全性、可靠性[10]。

5 结 论

随着5G移动通信网络技术的快速发展，5G在传统领域及社会垂直行业领域的应用不断深入。为了加快推动5G移动通信网络建设及行业应用，行业研究人员应立足5G移动通信网络技术的发展现状，加强对5G部署场景、关键技术、行业应用、网络问题及发展趋势等的研究，给出切实可靠的解决方案。随着5G网络的全覆盖及垂直行业的逐步应用，5G将重塑行业应用场景，全面推动社会数字化转型。