5G无线通信网络物理层关键技术

摘要：随着社会的不断进步和科技的快速发展，无线通信网络技术得到了迅速发展，并计划在2020年进入5G无线通信网络运营时代。目前，无线通信网络技术还在不断探索与研究，并不断完善关键技术。尽管5G目前仍处于一个探究的阶段，但从发展前景分析，5G无线通信技术的发展空间非常广阔。具体针对5G的全新无线通信网络来讲，关键在于明确网络物理层的总体构造。在此前提下，技术人员有必要结合网络物理层的特征来选择相应的关键通信技术。 关键词：5G；通信技术；物理层；关键技术

5G通信网络的物理层主要由大规模的MIMO技术和毫米波通信技术作为技术支撑。5G主要利用高频段进行通信，能够实现大容量的网络通信，为用户提供高效、稳定、安全和实时的无线通信方式。网络通信过程中，5G具有能耗低的优点，能够为用户提供更优质的服务。每一代网络通信技术的革新，都需要一些关键技术提供支撑。

一、5G无线通信网络的基本技术特征 1.对于通信网的容量进行全面扩展

大数据技术目前已经给多个领域带来全新的转变，并且将会明显改变原有的日常生活模式。在此前提下，无线通信网也会表现为某些明显的性能优化。关于无线通信网如果能引入5G手段作为支撑，则有利于稳定的通信传输，并且还能实现针对网络容量的扩大。通过引进5G的全新通信技术手段，最终可以达到快速传播音频信息、视频信息与图片数据的目的。 2.有效利用通信频谱资源

作为珍贵的无线通信资源来讲，网络频谱资源占有很重要的无线通信地位。从现状来看，由于受到过度集中的网络频谱影响，因此传输信息的总体质量与传输速率都会因此受到削减。但是与现有的无线通信方式进行对比，可知5G的全新通信方式针对原有频率段能够有效扩大，进而达到了优化利用频谱资源的效果。关于通信领域如果能成功推广5G手段，那么有望达到300GHz的最大频率段。 3.全面优化了用户的通信体验

5G网络通信作为未来的全新通信方式来讲，该技术手段能够创建更加便捷、流畅并且稳定的用户网络环境。因此可见，5G技术通过优化现有的无线网环境，应当能保证达到更好的用户通信体验。并且，5G技术还能帮助用户摆脱通信空间与通信时间的局限，从而确保各地用户都能随意选择在任何时间来进行通信操作。5G技术不仅能达到转变日常通信方式的目的，其还能用于提升通信网的整体性能。 二、构建5G无线通信网络的意义 1.频谱资源得到了更好的利用

从以往的无线通信网络频谱资源利用得出，无线通信网络的频谱资源集中化，会使无线通信网络在传输过程中影响信息传递的速率，影响信息传递的整体质量，不利于网络构建。4G无线通信网络发展以来，技术人员为了能够提高信息传输速率，对频谱资源的使用量不断增加。5G无线通信网络可以合理、科学利用频谱资源，信息传输速率更加迅速。 2.拥有更大的系统容量

随着互联网的快速发展，社会以迅猛的速度不断发展，已经进入到全新的数字化时代。相关数据显示，全球使用通信数据的数量呈千倍的趋势持续增长。随着社会的不断发展，使用通信数据的数量会不断增加，数量增加后，当前的4G

技术在网络性能方面已经无法满足现代的网络需求。因此，只有5G无线通信网络技术才能够有效保证数据传输的稳定性，不管使用通信数据的数量增加多少，5G技术都可以实现信息的快速传播且不会受到影响。 3.使用户得到更好的网络体验

用户对数据传输速率的需求不断增长，当数据传输速率能够充分满足用户的业务需求和应用需求时，人们就会追求更高的用户体验。无线网络环境需要实现高效、安全以及稳定发展，让用户能够随时随地体会网络的便利，这种无线通信网络技术在未来的发展中将会成为网络发展的主流。 三、5Ｇ物理层关键技术 1.大规模MIMO技术

3G，LTE，Wi-Fi都是MIMO技术，但在利用这种传统MIMO技术的过程中，不仅硬件和信号处理的复杂性增加，而且能耗也存在一些问题。特别是随着移动互联网信息技术的进一步发展，传统的MIMO技术已经无法满足对图片，视频等的高需求。大规模MIMO通信网络的目的是进一步提高频谱效率和系统覆盖范围，提高单位比特能耗的利用率。在高频段使用大规模MIMO可能成为未来的主要研究方向，因为它可以使3GHz以下的信道资源丰富。高频段的出现使得资源短缺的问题得以有效解决。

（1）大规模MIMO简述与传统的MIMO技术不同的地方是大规模MIMO技术能够减少硬件的复杂性，提高信息处理的效率，降低能耗和降低租赁成本。大规模MIMO拥有许多的优点。它是直接增加基站天线数量，而传统MIMO技术是采用减小小区体积的方式来提高系统容量。在继承传统MIMO技术的基础上，利用空间分集Massive-MIMO在能量效率，安全，鲁棒性，以及频谱利用率上都有显著提升，因此很容易增加系统容量，降低复杂程度，较大幅度地提高系统容量。所以，5G无线通信技术的关键工作就是研究大规模MIMO技术。（2）大规模MIMO在高频段的应用大规模MIMO的运用能够使得3GHz以下拥有丰富的频道资源，高频段的出现使得资源紧张的问题可以被有效地解决。大量的基站天线设备在大规模MIMO技术运用过程中是必不可少的，这可能会挑战布局网络建设和系统的设备处理能力。天线配置的不断改进将减小项目的难度系数，这也是大规模MIMO技术的重点发展趋势。但是，大规模收发信号造成的能量损失和接收天线端的模拟数字信号转换中的问题，仍然需要技术人员的重点关注。 2.用于５Ｇ的毫米波

工业和院校研究人员将可用的毫米波波段作为下一个前沿研究领域，以满足未来需要庞大数据的无线应用需求．运行在２８ＧＨｚ及以上的新型５Ｇ系统为更多信道提供更多可用频谱，这非常适用于数Ｇｂｐｓ的链路．尽管这些频率相比６ＧＨｚ以下的频谱较不拥挤，但是却会受到不同传播效应的影响，例如更高的自由空间路径损耗和大气衰减、室内渗透力弱以及衍射效果差．为了克服这些负面影响，毫米波天线阵列可以聚焦其波束并利用天线阵列增益．幸运的是，这些天线阵列的尺寸随着工作频率的增加而减小，从而允许在与单个ｓｕｂ－６ＧＨｚ元件相同的面积内容纳包含更多元件的毫米波天线阵列。 3.绿色通信技术

绿色通信技术主要用于降低信息传输过程中的能量消耗。从现有技术水平来说，这是目前无线通信业发展的一大挑战。虽说目前无线通信所消耗的能源仅占所有产业总能耗的3%，但是这个数值每年以15%～20%的速度增长。4G通信方式的普及已使通信技术的能耗大幅度增加，一旦5G通信系统普及，将面临更加

严峻的考验。因此，研究绿色通信技术有非常重要的意义。目前，针对这方面的研究主要以提高能源的利用效率为目的，但降低了通信系统的频谱效率。如何根据实际情况权衡两者，成为当前必须面对的一个问题。 结束语

网络物理层构成了5G无线网络的核心，物理层的基本性能也直接关系到整个无线网络。从当前现状来看，5G无线通信的手段与技术已经能够融入很多领域，以上现状优化了网络通信的各项基本功能，从而达到保障无线通信效果与提升无线通信效率的目标。因此，需要不断加强研究5G无线通信网络中的重点技术，并进行不断创新，提高我国无线通信网络的技术水平。 参考文献

[1]李彪，李辉.协作网络中物理层安全关键技术研究[J].网络安全技术与应用，2016（06）：23-25.