5G無線通信網絡物理層關鍵技術
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【摘 要】21世紀是信息化技術時代，是互聯網時代，是大數據時代，在這個時代當中，信息化技術不僅為我們的生活帶來了極大的便利，而且任何行業的發展都離不開信息化技術。無線通信技術是衡量一個國家綜合實力的重要因素，要想信息傳播的很快，信息傳播的質量更好，必須對無線通信技術不斷創新。我們經常會說到5G時代即將帶來，因為我們經歷了從2G，3G到4G的變化，5G無線通信的到來將會給人們的生活和社會的發展帶來極大的改變，本文將主要闡述5G通信網路的特點，以及探討一些5G無線通信網絡物理層的關鍵技術。
【關鍵詞】5G；無線通信網絡；物理層；關鍵技術
目前我國的無線通信網路正處于4G階段，無線通信網路技術經歷了從2G到3G再到4G的跨越性轉變，2G移動無線通信技術研發于1991年，從而我國無線通信技術開始了新的篇章，3G移動無線通信技術在2001年被研發，3G通信技術的發現和使用使得無線通信網絡實現了從一個單純的無線通信技術系統到能夠傳輸大量信息的網絡系統的轉變，4G無線通信技術相比于2G與3G在傳播速度，傳播質量，以及傳播范圍等方面都有了跨越式的進步，并且目前也在廣泛應用當中。人類對信息的需求量越來越高，因此5G無線通信網絡即將帶來，5無線通信網路正處于探索和研究的階段，下面將主要闡述5G無線通信網絡物理層的關鍵技術。
一、5G無線通信網絡的發展和主要特點
雖然目前5G無線通信網路處于探索和研發狀態，但是它將會近一兩年應用于實際生活中，5G無線通信網路的研究和探索不僅僅是我國移動通信網絡的主要研究方向，而且也是世界移動通信網路的研究熱點。在2012年，歐盟開始了5G的研究和探索，并且確立了“5G，NOW”的研究課題，而我國緊隨其后，在2013年開始了對5G移動通信網絡的研究，不僅啟動了“563”研究計劃，而且也成立了專業的研究小組。隨著我國科技水平的提高，5G研究計劃取得了快速的進展，目前已經形成了統一的標準，而且將計劃在2020年統一實施和應用。5G移動通信網絡的成功實施不僅可以解決4G移動通信網絡應用過程中遇到的問題，有效的改善目前我國的網絡狀況，而且可以更高程度的滿足社會發展和人們生活的需求。
未來5G移動無線通信網絡具有很多的優點，它的主要主要特點表現在利用更高的頻譜資源，更大的系統容量，更好的用戶體驗，更低的能量耗損。目前全球移動無線通信網絡主要應用的頻譜資源在300MHZ到3GMHZ，為了解決頻譜資源短缺這一問題，5G移動通信網絡利用的頻譜資源更高，主要應用于3GMZ到300GMHZ。隨著信息化技術的快速發展，網絡已經基本普及到了千家萬戶，為了滿足更多人們的需要以及人們更高的需求，5G移動通信網絡將會擴大系統容量，更好的適應時代的發展。隨著人們生活水平的提高，人們對網絡速率的要求也越來越高，因此穩定的，高速的，安全的無線網絡環境將是5G移動通信網絡必備的，從而給用戶更好的體驗。目前我國正在大力提倡節能控制，而5G無線通信網絡具備低能耗的特點，由此可見在不久的將來5G無線通信網絡將會被廣泛應用到實際生活中。
二、5G無線通信網絡的物理層關鍵技術
1、毫米波通信技術
可利用的頻譜資源是無線通信網路發展的前提，目前存在的主要問題就是頻譜資源短缺，為了使得無線通信網絡技術取得跨越式的發展必須開發利用更高頻率的頻譜資源。5G移動通信網絡利用的頻譜資源更高，主要應用于3GMZ到300GMHZ。毫米波通信技術的主要特點就是提高3GMZ到300GMHZ這一階段的利用率，從而使得5G移動通信網路具備高速率，高容量的優點，但是研發毫米波通信技術的道路也是非常困難的，在研發過程中會遇到許許多多需要解決的問題，比如路徑損耗、建筑物穿透損耗、雨衰等等。
?。?）、路徑損耗
路徑損耗問題是無線通信經常遇到的問題，由于發射功率的特點以及傳播的特性造成了路徑損耗的必然性。發射信號很容易在傳輸過程中收到其他信號或者噪音等因素的干擾，另外發射信號也存在導致能耗的因素，根據自由空間路徑損耗模型的公式我們可以知道，能耗的高低主要受頻率的影響，頻率越高，能耗越大。5G移動通信網絡和現在的移動通信網絡相比，它利用的是更高的頻譜資源，所以它有更高的自由空間能耗，所以降低5G的能耗是研究的重點。為了解決這一問題，采用的主要方式是在高頻段運用大規模發射天線，從而將能量集中到很小的區域，有效的降低自由空間的能耗。
?。?）、建筑物穿透損耗
無線信號在傳播過程中會穿過許多不同的建筑物，在這個過程中信號會有一定的損耗。傳統的無線通信網路技術是低頻段信號，它在穿過建筑物的過程中能耗比較低，而5G移動通信網路的毫米波在穿透過程中的能耗很高，如果在建筑物穿透過程中的能耗非常高，那么將會導致無線移動信號將無法被室內的人接受到，或者接受到的信號非常的弱，而解決這一問題的主要方法是在室內建立WIFI節點或者毫微微蜂窩。
?。?）雨衰
顧名思義，雨衰的就是雨水會影響無線信號的傳播，雨衰是毫米波通訊必須考慮的問題，因為它會降低無線系統的穩定性，影響無線信號的傳播路徑的長度等等當降雨量比較大時，對無線通信系統產生的影響最大，因為這時候雨滴的大小和發射波長基本相同，很容易發生散射。
2、大規模MIMO技術
1、大規模MIMO技術的概念
MIMO技術具有很多優點，它不僅可以提高系統的頻譜效率，提高數據傳輸速率，而且可以提高無線信號傳輸的質量，增加系統的覆蓋范圍，從而滿足人們更高的需求。但是，它也有許多不足，比如傳統的MIMO技術提高了硬件的復雜程度，增加了信號處理的難度等等。目前大數據時代已經來臨，傳統的MIMO技術已經不能滿足社會生產和人們生活的需要，因此對MIMO技術進行改革和創新是必然的趨勢。在2010年形成了大規模MIMO技術理論，大規模MIMO技術在很大程度上解決了傳統MIMO技術的不足，比如它可以采取減小小區尺寸的方式來提高系統的容量；無線通信網絡系統可以采用廉價的器件構建，很大程度的降低了研發的成本；當天線的數量足夠多時，可以不受噪音或者其他因素的干擾等等。
2、信道狀態信息的獲取
大規模MIMO技術的研發雖然很大程度的加快了5G無線通信網絡技術的發展，由于大規模MIMO技術需要更多的天線，當天線數目增多時，基站就需要獲取精確的信道狀態信息，這樣獲取精確的信道狀態信息才能保證整個無線通信系統穩定的運行，但是目前如何獲取準確的信道狀態信息是一個關鍵性問題，在解決這個問題的過程中采用的方法主要是利用時分雙工系統。時分雙工系統主要是利用上行道和下行道在相關時間內的信道狀態的互易性原理來獲取期望CSI。在大規模MIMO系統在進行數據傳輸的過程中經常會受到不同因素的影響，比如小區內干擾，非相干干擾以及有導頻引起的區間干擾等等。另外，由于在應用大規模MIMO技術的過程中會用到許多的天線，由于天線數目的增多，會給系統處理，外觀建設，網絡建設等方面帶來不同程度的困難。天線的尺寸和配置方式主要受系統運行頻率的影響，所以5G移動通信系統將采用全新的天線型態設計，使得大規模MIMO在高頻段的利用成為未來主要的研究方向。
綜上所述，5G無線通信網絡技術具有非常多的優點，它的實施應用不僅會為人們的生活帶來更大的便利，而且為國家的發展提供源源不斷的動力，并且它將會成為信息技術時代一個新的階段。
參考文獻：
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