面向5G无线通信系统技术探讨

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【摘要】如今，互联网信息技术在我国得到了快速发展，推动了移动通信网络的发展，促进传统宏基站模式向多元化异构模式的转变，以实现各种通信资源的有效融合。然而，在5G通信系统发展阶段，由于通信数据流量不断增加，进而对信号抗干扰性能的要求越来越高，而4G通信技术已经无法满足其要求，这样一来面向5g无线通信系统就得到了快速发展，本文将会对5G无线通信技术的概念和种类进行介绍，重点讲解了关键技术，以期更好的推动5G无线通信系统的发展。

【关键词】5G无线通信技术;类型;关键技术

引言：

近些年来，移动通信技术在我国发生了很大的改变，在各个领域中均得到了广泛应用。如今，随着各移动终端设备的广泛发展和普及，大大提高了多媒体数据的传输量，为了更好的满足未来发展要求，则需要在控制运行成本的同时，加大对移动通信技术的更新与升级。面向5G无线通信技术的问世，极大的满足了新时展需求，推动了相关产业的更新换代，为经济社会的发展奠定了良好基础。

一、5G无线通信技术概述

1.15G无线通信技术内涵

这里所提及到的5G无线通信技术一般是指第五代移动通信技术，目前对其定义还不够明确，其主要是4G通信的延伸，而且网速将达到10Gb/s，是4G网速的几百倍。虽然5G无线通信技术得到了各国的高度重视，然而普及率还比较低，且对其安全问题要给予重点研究。

1.2无线网络技术类型

1.自组织网络技术。自组织网络技术是5G无线通信技术中比较常见的一类技术，早在3G时代自组织网络技术的概念就被提出，然而发展到5G时代时，自组织网络技术仍然是比较关键的一项技术。基于5G时代背景下，网络致密化增加了网络管理的难度，而借助自组织网络技术能够降低网络致密化带来的干扰，进而提高网络管理效率。同时，自组织网络技术还可以优化和调整现有移动网络人工部署，在减少资源浪费的基础上，提高网络运行效率。2.软件定义无线网络技术。软件定义无线网络技术是无线通信系统中最先提及到的网络技术种类，是从数据转发层中将控制功能剥离出来，在通过中心控制器实现对软件的统一控制，该控制器既能够对网络拓扑进行感知，而且在计算转发路径方面发挥着不可替代的作用。实际上，软件定义无线网络技术通过南向API(比如OpenFLow)来实现与控制器和交换机的有效连接，通过北向API来实现与控制器和应用程序的连接。3.网络功能虚拟化。借助IT虚拟化技术来实现网络功能软件化的目的，并借助通用硬件设备来取代传统专用网络硬件设备。通常情况下，网络功能虚拟化一般是借助虚拟机的形式来将网络功能运行于白盒或通用硬件设备之上，以期实现配置可扩展性、灵活性和移动性的作用，进而达到降低网络CAPEX和OPEX的目的。实际上，网络功能虚拟化的网络设备比较多，具体如下：交换机(比如OpenvSwitch)、归属位置寄存器（HLR）、路由器、GGSN、CGSN、SGSN、RNC(无线网络控制器)、PGW(分组数据网络网关)、SGw(服务网关)、BRAS(宽带远程接入服务器)、RGw(接入网关)、DPI(深度包检测)、cGNAT(运营商级网络地址转换器)、MME(移动管理实体)、PE路由器等。

二、5G无线通信系统关键技术

2.1绿色通信技术

由于5G无线通信系统自身具有比较强的信息同步和信息沟通能力，因此得到了各个国家的高度重视，并加大对该技术的研发。在传统4G无线通信系统中，绿色通信技术就开始被提及，然而，因为技术水平不够成熟，并未得到有效的应用。如今，随着5G无线通信系统的问世和发展，使得绿色通信技术再次被提及和应用，其可以将5G无线通信系统高能耗问题得到有效解决。为了使绿色通信技术得到进一步优化和完善，信息技术专业研发人员需要加大对5G无线通信系统的了解和掌握，明确能源消耗和频谱效率间的联系，并全面优化和完善各种通信资源。同时还需要从资源消耗和使用效率这两个领域来对绿色通信技术的通信能力进行深入挖掘，在满足能源节约的同时，来大大提高5G无线通信效率和质量。如今，随着我国通信技术的不断创新与发展，5G无线通信系统必将发展成为科技领域的中坚力量，进而全面实现信息同步和信息沟通效果。作为5G无线通信技术人员，要根据实际情况来对各项关键性技术给予准确了解和掌握，这样既可以确保5G无线通信系统的安全、高效运行，而且还可以达到绿色通信的目标，进一步推动我国5G无线通信系统的发展。

2.2空口技术

空口技术在我国移动通信技术发展中扮演着不可替代的角色，其中CDMA是3G通信网络中比较常用的空口技术，OFDM是4G通信网络中比较常用的空口技术，然而在5G无线通信系统发展过程中，对网络的安全性与灵活性提出了较高要求，这样就需要为其配备一个高标准、高规格、高水平的空口技术，其既可以使用1G/s带宽，从而有效提高网络下载速度，而且还需要配备物联网传感器，以期构建完善的通信网络体系。下面将会对5G无线通信系统中常见的两种空口技术给予介绍。1.新波形F-OFDM（FilteredOFDM）技术。已有的4G的OFDM已经无法满足5G时代的发展要求，虽然OFDM可以通过串/并转换调制将高速率数据传输至相互正交的子载波上去，并按照要求引入相应的循环前缀，使码间串扰问题得到有效解决，然而缺乏灵活性还是OFDM最突出的问题。目前，F-OFDM不仅可以为不同业务提供与之相匹配的Numerology和子载波间隔，以期更好的满足不同业务所需要的时频资源，而且F-OFDM还可以通过对滤波器的设计进行优化来有效降低带外泄露问题发生率，且能够将不同子带间的保护带开销控制在1%左右，在提高频谱利用率的同时，也可以实现对碎片化频谱的有效利用。2.新多址技术SCMA（SparseCodeMultipleAccess）技术。在5G无线通信系统中，新多址技术将会对空口资源的分配方式起到决定性作用，其能够使连接数和频谱效率大大提高。SCMA在5G无线通信系统中所发挥的作用主要是由低密度扩频和高维调制两个关键技术所决定，其中低密度扩频技术能够将单个子载波的用户数据按照一定的方式扩频到4个子载波上，可供6个用户共享。之所以叫低密度扩频，主要还是由于用户数据只占用了其中2个子载波，这就使得另外2个子载波是空的，既SCMA中Sparse(稀疏)的来由。高维调制技术中主要是对相位和幅度进行调制，这样不仅可以使多用户星座点间的欧氏距离被拉的更远，而且还可以提高多用户解调和抗干扰性能。实际上，每个用户的数据都能够借助系统分配的稀疏码本来达到高维调制的目的，加之系统又掌握了每个用户的码本，这样一来在不正交的同时，就可以将不同用户最终解调出来。

2.3异构无线通信技术

基于5G无线通信背景下，一般会产生多样性的互联网节点，并使其所覆盖的区域得到有效拓宽。在异构无线通信技术构建过程中，要做好以下两个方面的工作：1.小区部署。其通常是指在城市的每个小区中按照要求布置高质量的小基站，这样既可以形成一个健全、完整的宏蜂窝网络，而且还可以全面提高数据信息的容量和互联网体系的传输速度；2.D2D通信。其主要负责满足部分区域的数据实际需要，并确保相邻设备之间的数据信息交换，从而使5G无线通信系统的传输效率与质量大大提升。在5G无线通信系统中，D2D的应用场景如下：1.应急通信。在5G无线通信系统运行阶段，如果通信网络基础设施出现问题，终端之间可以借助D2D连接来构建无线通信网络，进而在终端之间实现无线通信，保证后续灾难救援工作的顺利进行；2.社交应用。借助D2D的发现功能可以使用户挖掘邻近区域相对比较感兴趣的用户，同时还可以在邻近用户间实现数据信息的有效传输，如互动游戏、内容分享等；3.物联网增强。基于海量终端场景下，对于一些低成本终端并非与基站直接接入，而是以D2D的方式来与邻近的特殊终端进行连接，这样一来既可以借助该特殊终端来实现与蜂窝网络的有效连接。

2.4云计算技术

近些年来，在信息技术快速发展的背景下，5G无线通信系统具有“大连接”、“大带宽”、“低延时”的特征，涌现出了大量的新型数字化业务，且逐步实现了生活数字化、产业数字化，让数据和连接无处不在。目前，5G无线通信系统开始与云计算技术进行结合组成了智能化基础设施，为推动智慧社会的发展奠定了良好基础。在新型信息基础设施中，云已经成为其中比较关键的组成部分，并且为政企提供了多元化的数字化服务。在5G时代背景下，云计算技术也得到了快速发展，具体表现在下述几个方面：（1）在各路云服务商中，边缘计算成为新的竞争亮点，在一定程度上推动了5G时代云业务的发展，且具有比较大的发展潜力。通常情况下，云服务的头部公司主要是借助云计算技术的优势来把云技术按照一定的方式下沉到边缘侧，以达到强化边缘侧人工智能的目的。同时，工业企业还可以借助丰富的工业场景来进行边缘计算，以此来提高现场级控制力，并未下一代智能化基础设施布局奠定了良好基础；（2）云网融合的有效协同。如今，电信运营商开始拓展和丰富云业务类型，同时一些头部的云服务企业也开始扩大网络投资建设规模，并通过云网融合的方式来为广大客户提供更好的云使用体验。如今，随着以“上云专线”、“云间互联”为核心的云网融合产品不断发展和成熟，云网融合开始从简单互联开始过渡到“云+网+业务”模式。实际上，云与企业应用相融合，还可以拓展云网融合产品的行业属性，并为用户提供更好的使用体验。此外，云与ICT服务融合，还可以确保基础性服务能力与云网融合产品结合更紧密，以期更好的满足用户的弹性需求。

2.5毫米波高频段通信技术

基于网络时代背景下，频谱资源变得越发稀缺，此时可以借助毫米波高频段通信技术给予有效解决。毫米波一般是指波长范围在1-10mm间的电磁波，其在无线通信系统中得到了广泛应用。在应用毫米波时，要对毫米波散失现象给予重点考虑，并采取有效措施给予预防和解决，以此来提高5G无线通信系统的运行效率。毫米波与微波通信具有比较大的差异，尤其是在多径数目和传输信道模型方面，正是由于这些问题的存在，从而导致现有的MIMO通信系统不能在毫米波通信系统中得到应用。为了使上述问题得到有效解决，毫米波高频段通信技术概念被提出，其主要引入了模拟域波束成形和数字域波束成形的概念，并成为5G无线通信系统研究的重点。

2.6大规模MIMO技术

通常情况下，大规模MIMO技术一般是指在基站端设置阶段，所设置的线与线阵列比现有天线数更大，而且能够为多个用户同时提供良好的服务。在现实生活中，人们普遍认为数百根天线的服务用户数量仅在天线总数量中占比10%，且在实际服务过程中，主要在分散的区域内开展工作，或根据实际情况，来给予集中配置，以此来更好的满足实际发展需求。大规模MIMO技术具有多方面的优势，以此在更多的领域中得到应用，通过大规模设置，能够确保系统获取大量的物理特性，但是以往的常规方法不具备该物理特性优势，进而无法达到预期的应用效果。在5G无线通信系统中，大规模MIMO技术具有的优势如下：1.受5G无线通信系统发展的影响，使天线数量与日俱增，并使现有的通信渠道具备正交特征，使不同用户间的干扰现象得到彻底消除，以期更好的满足实际发展需求，并不断提高5G无线通信系统的容量；2.随着天线数量的增多，将会使实际的信道与热噪声均匀化，并借助大规模MIMO技术从源头上来避免用户深入衰落，并调整和优化原本的调度方针，缩短延迟等待时间；3.实现波束能量的快速对焦和聚集，这样既能够提升其实际分辨率，而且通过启用更大量的天线来达到降低能耗，提升阵列增益的目的。

三、结束语

综上所述，随着科学技术的发展，极大的推动了我国5G无线通信系统的发展，而且在世界上占据着领先的地位。作为通信技术人员，要对5G无线通信系统给予全方位了解和掌握，并结合实际情况来对绿色通信技术、空口技术、异构无线通信技术、云计算技术、毫米波高频段通信技术、大规模MIMO技术进行选择，以此来提高5G无线通信系统的运行效率。

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作者：颜丽娟 王军 徐鹏 单位：解放军78090部队