中郵通建設(shè)咨詢有限公司 潘乙林

近年來(lái)，信息網(wǎng)絡(luò)科技技術(shù)的發(fā)展十分迅速，無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)在人們的生活和工作中具有著重要的作用，隨著不斷的發(fā)展，人們對(duì)信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的要求也是越來(lái)越高，這也就要求繼續(xù)進(jìn)行高數(shù)據(jù)率以及新型無(wú)線技術(shù)的開(kāi)發(fā)和探索，因此，就推動(dòng)了5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的研究，下面，本文就針對(duì)5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)物理層關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，來(lái)對(duì)其進(jìn)行深入的了解。

前言：在現(xiàn)階段，人們對(duì)移動(dòng)通訊設(shè)備的使用十分廣泛，而移動(dòng)通訊設(shè)備的使用離不開(kāi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的發(fā)展，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)也從2G系統(tǒng)逐漸的發(fā)展到了4G系統(tǒng)，這也有效的提高了人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)的使用水平，對(duì)人們的生活方式也產(chǎn)生了巨大的影響。新時(shí)期環(huán)境下，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)師也是對(duì)5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)也是進(jìn)行了不斷的研究，而5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)如何進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，其物理層關(guān)鍵技術(shù)有哪些，就是本文主要研究的內(nèi)容。

1 5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)概述

5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)是一種蜂窩結(jié)構(gòu)，一般無(wú)線用戶大多數(shù)時(shí)間在室內(nèi)使用，而室外的利用時(shí)間一般僅僅占據(jù)了1/5的時(shí)間，所以小區(qū)的結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)室外的基站造成一定的影響，由于建筑物墻體結(jié)構(gòu)對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)產(chǎn)生損耗，降低其數(shù)據(jù)的傳輸率與頻譜效率，則5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)就能夠有效的解決此問(wèn)題。5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建能夠具有超高的速率和可靠性，同時(shí)延時(shí)指標(biāo)也十分低，從而能夠提供用戶最佳的用網(wǎng)體驗(yàn)。5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)部署具有著諸多的特性，其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)比較靈活，還有多種接口支持不同的面向業(yè)務(wù)接入，同時(shí)其在鏈路的性能上，也能借助多跳方式完成網(wǎng)絡(luò)的覆蓋以及基站Mac層與用戶之間的直通，另外，其網(wǎng)絡(luò)還能夠按照環(huán)境與業(yè)務(wù)的需求進(jìn)行組織和配置，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)化和智能化。5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了多種網(wǎng)絡(luò)的融合，涉及傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)和WiFi網(wǎng)絡(luò)等，同時(shí)還對(duì)匹配大規(guī)模的多天線的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器進(jìn)行了增加，比如，可見(jiàn)光的通信網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備的直連通信，這些網(wǎng)絡(luò)都能夠通過(guò)統(tǒng)一核心網(wǎng)絡(luò)管控，將各網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行直接的信息交互，并實(shí)現(xiàn)了多場(chǎng)景通信管理和控制，如圖1所示。

圖1中的5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)主要分為轉(zhuǎn)發(fā)平面、控制平面、以及接入平面等3方面，其中控制平面主要進(jìn)行無(wú)線資源的集中控制與集中調(diào)度；接入平面主要是進(jìn)行多種無(wú)線的設(shè)備與基站間快速靈活的接入；轉(zhuǎn)發(fā)平面主要是通過(guò)分布式的網(wǎng)關(guān)與控制平面統(tǒng)一的控制下進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。

2 5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)物理層關(guān)鍵技術(shù)

2.1 毫米波通信技術(shù)

頻譜資源利用是通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的重要內(nèi)容，現(xiàn)階段進(jìn)行的頻譜資源利用集中于300MHz-3GHz的頻段，而對(duì)毫米波利用是十分有限的，其毫米波內(nèi)也是含有大量頻譜的資源，而5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)就對(duì)毫米波內(nèi)頻段資源進(jìn)行了利用，也是其技術(shù)研究中的重點(diǎn)內(nèi)容，毫米波研究的內(nèi)容主要有路徑的損耗、在建筑物中的穿透損耗與雨衰等內(nèi)容。路徑損耗主要的原因是由于發(fā)射功率敷設(shè)的擴(kuò)散與通信通道對(duì)傳輸產(chǎn)生影響的作用，這些也是其無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)研究中必須面對(duì)的問(wèn)題，而一旦遇到噪音、干擾和其它信號(hào)影響勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致一定損耗現(xiàn)象出現(xiàn)，另外，其信號(hào)自身也可能存在一定程度損耗，通過(guò)相關(guān)研究顯示，信號(hào)的頻率越高其損耗也就越嚴(yán)重，則和其它波段相比，這種毫米波損耗的情況也是更為嚴(yán)重，同時(shí)其也是毫米波的研究中的難題，通過(guò)研究，通過(guò)在高頻段使用一些大規(guī)模接受發(fā)射的天線，就能夠?qū)崿F(xiàn)能量的一定程度聚集，從而對(duì)毫米波的過(guò)大損耗進(jìn)行改善，獲得一定增益效果。

穿透建筑物的損耗主要是指信號(hào)在通過(guò)相應(yīng)的建筑物中，會(huì)出現(xiàn)一定損耗，此損耗還和頻率有很大關(guān)系，一般低頻段信號(hào)在通過(guò)建筑物中，其信號(hào)的強(qiáng)度保留則比較好，則毫米波的建筑物穿透損耗就相對(duì)比較大，進(jìn)而在借助毫米波實(shí)施信號(hào)的傳輸中，就可能因?yàn)樾盘?hào)的損耗過(guò)大而造成失真，面對(duì)這種情況現(xiàn)階段的處理方式是在室內(nèi)相應(yīng)范圍內(nèi)借助WIFI來(lái)進(jìn)行信號(hào)強(qiáng)度的增加，提高信號(hào)的質(zhì)量。毫米波也具有著傳播的特性，雨衰就是其一重要的因素，雨衰會(huì)對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳播的路徑長(zhǎng)度造成影響，導(dǎo)致信號(hào)可靠性的下降，因此會(huì)對(duì)其高頻段微波的鏈路發(fā)生限制，并且雨量增加也會(huì)對(duì)毫米波的系統(tǒng)產(chǎn)生更加明顯的干擾作用，甚至雨滴還會(huì)導(dǎo)致信號(hào)出現(xiàn)散射，造成信號(hào)質(zhì)量的嚴(yán)重降低。

圖1 5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

2.2 大規(guī)模MIMO技術(shù)

大規(guī)模MIMO主要使用多天線的技術(shù)，這種大規(guī)模的天線陣列能夠通過(guò)天線具有的空分特性，將相同時(shí)頻的資源向若干用戶同時(shí)服務(wù)，還能夠增加頻譜效率的有效性和傳輸可靠性，其空分特定有著高分辨率空間的自由度，多天線的技術(shù)波束在成型時(shí)能夠?qū)⒉ㄊ拗朴诤苄》秶?，所以能夠起到降低干擾和降低發(fā)射功率的效果，由于多天線的技術(shù)具有很高空間的自由度，則其信道反應(yīng)也就十分精準(zhǔn)，能夠有效降低隨機(jī)突發(fā)的情況對(duì)信道性能產(chǎn)生影響，因?yàn)槎嗵炀€其占用的空間比較大，復(fù)雜的程度也比較高，基站一般使用4天線的技術(shù)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

圖2 大規(guī)模MIMO基本模型

大規(guī)模的MIMO技術(shù)具備著諸多的優(yōu)勢(shì)，而研究的過(guò)程中也存在一定問(wèn)題，天線的數(shù)量不斷增加中，為了保證基站能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)的信號(hào)接受，這對(duì)信道的狀態(tài)以及信息獲取勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生巨大的考驗(yàn)。面對(duì)這樣的情況，一般使用時(shí)分雙工的方式，來(lái)把上行信道與下行信道產(chǎn)生的信息交互和接受，其和頻分雙工不同，其能夠有效降低信道開(kāi)銷，使基站中的天線數(shù)量沒(méi)有受到限制，但此方式于高速的移動(dòng)環(huán)境中并不能保證信號(hào)質(zhì)量，另外，大規(guī)模的MIMO技術(shù)也會(huì)用到大量基站天線的設(shè)備，因此這對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的處理能力與布局、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)等工作都會(huì)增加難度，如果對(duì)天線的形態(tài)進(jìn)行不斷的調(diào)整，能夠有效對(duì)工程難度進(jìn)行降低，其也是此項(xiàng)技術(shù)開(kāi)發(fā)和發(fā)展中的重要方向。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著時(shí)代的發(fā)展，無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)也需要根據(jù)時(shí)代發(fā)展的步伐不斷進(jìn)行改進(jìn)，5G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)就是一種新型的網(wǎng)絡(luò)通信研究類型，為了促進(jìn)其能夠更好的實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)性能的提升，還需要相關(guān)人員不斷對(duì)其技術(shù)進(jìn)行研究，其未來(lái)也將對(duì)社會(huì)到來(lái)新的面貌。