淺談面向5G無線通信系統關鍵技術范文

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摘要：現階段，我國正在全力加速進行5G建設。作為一種新的無線移動通信形式，5G可以以更高的速度向更多的互聯網用戶、手機用戶傳輸數量更多、形式更多樣的數據和信息，從而實現無線移動通信服務的創新與升級，繼而改變人們的生活、工作方式。但5G系統必須依托各種關鍵技術提供支撐，才能變成現實，否則便會淪為空中樓閣。本文將分析5G無線通信系統的關鍵技術，希望有助于加快5G發展。

關鍵詞：5G系統；無線通信系統；通信基站

引言

2019年，繼韓國、英國、美國、瑞士之后，我國成為世界上第五個開通5G服務的國家，這標志著我國已經邁入5G商用元年。國內三大運營商將在今后三年內建設超過300萬個5G基站，這一數字將占全球5G基站總數的一半，創造另一個屬于中國的“世界第一”。我國即將掀起5G建設的新高潮，研究5G無線通信系統關鍵技術具有非常重要的現實意義。

15G無線通信系統

人們學習、生活、工作離不開通信，而固定電話通信又極大地束縛了通信的范圍，并存在著速度慢、效率低等缺陷[1]；因而無線移動通信應運而生。1980年代中期，第一代無線移動通信系統（1G）誕生，1G是模擬式通信系統，將300～3400Hz的語音信號轉換為高頻載波，但1G系統在運行中暴露出串號、盜號等問題，而且1G手機（俗稱“大哥大”）價格昂貴，通信資費過高，因而在1999年被淘汰；2000年，第二代無線移動通信系統（2G）投入運行，2G從模擬調制進入數字調制，頻譜利用率更高，系統容量更大，通信系統通用性更強，可提供多種業務服務，抗噪聲、抗干擾能力也有了明顯提高，但2G網速僅為9.6KB/s左右。2009年，工信部向中國移動、中國聯通、中國電信等三大運營商發放3G牌照，標志著第三代移動通信系統（3G）上線。3G采用CDMA技術，可以在同一時間為用戶提供語音、數據兩種業務，峰值速率上升至384kbit/s。2013年，第四代移動通信系統（4G）橫空出世，4G采用TD-LTE與FDD-LTE制式，峰值速率超過100Mbps。在不到三十年的時間里，無線通信技術從1G發展至4G，但互聯網用戶數量仍然在以極快的速度增長，網絡上傳輸的數據越來越多、越來越復雜。據統計，目前全球互聯網用戶已超過39億，網絡上數據流量超過330萬億億字節；為適應社會的發展與用戶的需求，各國相繼推出第五代移動通信系統（5G）。相較于4G，5G資源利用率將提高十倍[2]；5G采用小小區體系結構，將使系統的吞吐率提高25倍；5G應用毫米波技術，可使頻率資源擴展至少4倍。而5G峰值速率估計將達到10Gbps。5G技術的4種關鍵性能如表1所示。

2分析面向5G無線通信系統的關鍵技術

5G系統必須依托一系列關鍵技術才能構建起來，否則便會成為空中樓閣。

2.1綠色通信技術

5G采用毫米波傳輸信號，但毫米波路徑損耗大，繞射、散射能力弱，且毫米波還會被空氣、水分以及PM2.5塵埃吸收。因此，為推廣5G技術，運營商不得不建設更多的基站：2014年，全國4G基站總數接近100萬座，2018年，全國4G基站總數達372萬座；而5G基站數量估計將是4G基站的兩倍至三倍，預計2024年，全國5G基站將超過1400萬座。這無疑會增大5G系統的能耗，有悖綠色發展的時代主題。因此，5G系統必須大力應用綠色通信技術。在器件層面上，要主動縮減信號包絡的峰值因子，優化功放單元功耗；5G基站應根據業務量變化，對器件功率進行動態調整，從而降低功耗；在鏈路層面上，要采用高能效傳輸技術，優化鏈路傳輸功率；在網絡級層面上，要采用小小區技術，降低傳輸功耗[3]。有專家對通信基站進行過精細化分析，發現基站由收發設備（BTS）、空調系統、電源系統、配電系統、照明裝置構成。其中收發設備耗能占基站耗能的43%，空調耗能占基站耗能的46%，電源系統耗能占基站耗能的8%，照明裝置耗能占基站耗能的3%。因此，在5G基站收發設備上，應當主動應用智能關斷技術、雙密度載頻技術、分布式基站組網方式，以有效降低基站的基帶功耗、射頻信號功耗與靜態功放功耗。5G基站的空調必須全天24小時不間斷運轉，因此，在5G基站空調系統中，應主動采用自動化控制技術，實時監控基站內部溫度的變化，并根據溫度變化自動調控空調功率，從而主動降低空調能耗。

2.2云計算技術

早在5G投入商業應用之前的2012年，《紐約時代》便發表文章，向全世界宣布大數據時代已經到來。所謂“大數據”，描述的是在網絡時代數據總量呈幾何級數急劇增長，數據類型日趨多元、復雜。在大數據時代，傳統的并行計算、分布式計算、網格計算已經不能處理大量涌現出來的數據，人們處理的數據已經無法以TB級、PB級衡量，而上升至ZB級（1TB=10995.11627776億字節，1PB=1024TB=11259000億字節，1EB=1024PB=1.1529216百億字節；1ZB=1024EB=10萬億億字節）。因而專家們開發出了云計算技術。而5G系統也應積極應用云計算技術，充分發揮5G連通大量在線服務器的優勢，充分利用分布式網絡資源進行大數據計算；并在大量用戶中共享數據應用。5G系統還應主動應用移動云計算技術，采用離線階段算法與在線階段算法，進一步提升數據壓縮密度，同時克服云計算在時延性上的不足[4]。

2.3空口技術

為了增強5G網絡的開放度，5G系統需要應用空口技術。5G空口技術又分為低頻新空口與高頻新空口。低頻新空口主要用于整合新型多址、調制編碼與大規模多天線陣列技術，適用于熱點高容量、連續性、大面積廣泛覆蓋、低時延的可靠場景；高頻新空口則通過高密度部署與超大帶寬信道，提高數據流量密度與數據傳輸速率，適用于高容量、高熱點、覆蓋面積小、信號指向性強的場景。

2.4異構無線網絡技術

1G—3G采用單層蜂窩網絡，無法進行互相兼容；4G采用異構蜂窩網絡，兼容了過去的3G網絡，同時也擴大了自身網絡容量。而5G系統也須積極應用異構無線網絡技術，兼容現有的不同技術規范、不同類型的無線網絡，努力實現多網融合、多網共通，從而進一步擴大5G應用范圍。

2.5D2D技術

5G還須應用D2D技術，允許短距離的終端之間通過復用的小小區資源直接進行通信，從而降低終端發射功率，支持更加靈活的網絡拓撲架構。

3結論

5G本身就是技術創新的產物，在5G時代，技術創新的速度必將進一步提升。我們完全可以預見以上這些關鍵技術也將發展、升級，甚至被更先進的技術所淘汰。因此，我們不僅需要密切跟蹤5G技術的發展，更應積極研發5G核心技術，牢牢掌握5G主導權。

參考文獻：

[1]王豐勇.面向5G無線通信系統的關鍵技術探討[J].電子測試，2019（11）：84-85.

[2]盧敏華.面向5G無線通信系統的關鍵技術淺談[J].數字通信世界，2019（5）：68.

[3]任榮，李軍.關于面向5g無線通信系統的關鍵技術分析[J].數字通信世界，2019（1）：61.

[4]段煉，宮長龍.5G無線通信系統的關鍵技術分析[J].中國新通信，2018，20（20）：163.

作者：黃韶華 葉國 單位：廣東南方電信規劃咨詢設計院有限公司珠海分公司