浅谈面向5G无线通信系统关键技术范文

摘要：现阶段，我国正在全力加速进行5G建设。作为一种新的无线移动通信形式，5G可以以更高的速度向更多的互联网用户、手机用户传输数量更多、形式更多样的数据和信息，从而实现无线移动通信服务的创新与升级，继而改变人们的生活、工作方式。但5G系统必须依托各种关键技术提供支撑，才能变成现实，否则便会沦为空中楼阁。本文将分析5G无线通信系统的关键技术，希望有助于加快5G发展。

关键词：5G系统；无线通信系统；通信基站

引言

2019年，继韩国、英国、美国、瑞士之后，我国成为世界上第五个开通5G服务的国家，这标志着我国已经迈入5G商用元年。国内三大运营商将在今后三年内建设超过300万个5G基站，这一数字将占全球5G基站总数的一半，创造另一个属于中国的“世界第一”。我国即将掀起5G建设的新高潮，研究5G无线通信系统关键技术具有非常重要的现实意义。

15G无线通信系统

人们学习、生活、工作离不开通信，而固定电话通信又极大地束缚了通信的范围，并存在着速度慢、效率低等缺陷[1]；因而无线移动通信应运而生。1980年代中期，第一代无线移动通信系统（1G）诞生，1G是模拟式通信系统，将300～3400Hz的语音信号转换为高频载波，但1G系统在运行中暴露出串号、盗号等问题，而且1G手机（俗称“大哥大”）价格昂贵，通信资费过高，因而在1999年被淘汰；2000年，第二代无线移动通信系统（2G）投入运行，2G从模拟调制进入数字调制，频谱利用率更高，系统容量更大，通信系统通用性更强，可提供多种业务服务，抗噪声、抗干扰能力也有了明显提高，但2G网速仅为9.6KB/s左右。2009年，工信部向中国移动、中国联通、中国电信等三大运营商发放3G牌照，标志着第三代移动通信系统（3G）上线。3G采用CDMA技术，可以在同一时间为用户提供语音、数据两种业务，峰值速率上升至384kbit/s。2013年，第四代移动通信系统（4G）横空出世，4G采用TD-LTE与FDD-LTE制式，峰值速率超过100Mbps。在不到三十年的时间里，无线通信技术从1G发展至4G，但互联网用户数量仍然在以极快的速度增长，网络上传输的数据越来越多、越来越复杂。据统计，目前全球互联网用户已超过39亿，网络上数据流量超过330万亿亿字节；为适应社会的发展与用户的需求，各国相继推出第五代移动通信系统（5G）。相较于4G，5G资源利用率将提高十倍[2]；5G采用小小区体系结构，将使系统的吞吐率提高25倍；5G应用毫米波技术，可使频率资源扩展至少4倍。而5G峰值速率估计将达到10Gbps。5G技术的4种关键性能如表1所示。

2分析面向5G无线通信系统的关键技术

5G系统必须依托一系列关键技术才能构建起来，否则便会成为空中楼阁。

2.1绿色通信技术

5G采用毫米波传输信号，但毫米波路径损耗大，绕射、散射能力弱，且毫米波还会被空气、水分以及PM2.5尘埃吸收。因此，为推广5G技术，运营商不得不建设更多的基站：2014年，全国4G基站总数接近100万座，2018年，全国4G基站总数达372万座；而5G基站数量估计将是4G基站的两倍至三倍，预计2024年，全国5G基站将超过1400万座。这无疑会增大5G系统的能耗，有悖绿色发展的时代主题。因此，5G系统必须大力应用绿色通信技术。在器件层面上，要主动缩减信号包络的峰值因子，优化功放单元功耗；5G基站应根据业务量变化，对器件功率进行动态调整，从而降低功耗；在链路层面上，要采用高能效传输技术，优化链路传输功率；在网络级层面上，要采用小小区技术，降低传输功耗[3]。有专家对通信基站进行过精细化分析，发现基站由收发设备（BTS）、空调系统、电源系统、配电系统、照明装置构成。其中收发设备耗能占基站耗能的43%，空调耗能占基站耗能的46%，电源系统耗能占基站耗能的8%，照明装置耗能占基站耗能的3%。因此，在5G基站收发设备上，应当主动应用智能关断技术、双密度载频技术、分布式基站组网方式，以有效降低基站的基带功耗、射频信号功耗与静态功放功耗。5G基站的空调必须全天24小时不间断运转，因此，在5G基站空调系统中，应主动采用自动化控制技术，实时监控基站内部温度的变化，并根据温度变化自动调控空调功率，从而主动降低空调能耗。

2.2云计算技术

早在5G投入商业应用之前的2012年，《纽约时代》便发表文章，向全世界宣布大数据时代已经到来。所谓“大数据”，描述的是在网络时代数据总量呈几何级数急剧增长，数据类型日趋多元、复杂。在大数据时代，传统的并行计算、分布式计算、网格计算已经不能处理大量涌现出来的数据，人们处理的数据已经无法以TB级、PB级衡量，而上升至ZB级（1TB=10995.11627776亿字节，1PB=1024TB=11259000亿字节，1EB=1024PB=1.1529216百亿字节；1ZB=1024EB=10万亿亿字节）。因而专家们开发出了云计算技术。而5G系统也应积极应用云计算技术，充分发挥5G连通大量在线服务器的优势，充分利用分布式网络资源进行大数据计算；并在大量用户中共享数据应用。5G系统还应主动应用移动云计算技术，采用离线阶段算法与在线阶段算法，进一步提升数据压缩密度，同时克服云计算在时延性上的不足[4]。

2.3空口技术

为了增强5G网络的开放度，5G系统需要应用空口技术。5G空口技术又分为低频新空口与高频新空口。低频新空口主要用于整合新型多址、调制编码与大规模多天线阵列技术，适用于热点高容量、连续性、大面积广泛覆盖、低时延的可靠场景；高频新空口则通过高密度部署与超大带宽信道，提高数据流量密度与数据传输速率，适用于高容量、高热点、覆盖面积小、信号指向性强的场景。

2.4异构无线网络技术

1G—3G采用单层蜂窝网络，无法进行互相兼容；4G采用异构蜂窝网络，兼容了过去的3G网络，同时也扩大了自身网络容量。而5G系统也须积极应用异构无线网络技术，兼容现有的不同技术规范、不同类型的无线网络，努力实现多网融合、多网共通，从而进一步扩大5G应用范围。

2.5D2D技术

5G还须应用D2D技术，允许短距离的终端之间通过复用的小小区资源直接进行通信，从而降低终端发射功率，支持更加灵活的网络拓扑架构。

3结论

5G本身就是技术创新的产物，在5G时代，技术创新的速度必将进一步提升。我们完全可以预见以上这些关键技术也将发展、升级，甚至被更先进的技术所淘汰。因此，我们不仅需要密切跟踪5G技术的发展，更应积极研发5G核心技术，牢牢掌握5G主导权。

参考文献：

[1]王丰勇.面向5G无线通信系统的关键技术探讨[J].电子测试，2019（11）：84-85.

[2]卢敏华.面向5G无线通信系统的关键技术浅谈[J].数字通信世界，2019（5）：68.

[3]任荣，李军.关于面向5G无线通信系统的关键技术分析[J].数字通信世界，2019（1）：61.

[4]段炼，宫长龙.5G无线通信系统的关键技术分析[J].中国新通信，2018，20（20）：163.

作者：黄韶华 叶国 单位：广东南方电信规划咨询设计院有限公司珠海分公司