崔晓庆 张宪永 王秀明

【摘  要】随着现代信息技术的不断发展，以及移动设备用户的不断增加，无线通信网络信息技术得到了迅猛的发展。作为现阶段的全新无线通信手段，5G无线通信构成了无线通信领域的发展目标。然而，实质上，5G通信网络包含较为复杂的网络内部构成，尤其是其中的网络物理层需要依赖多种5G关键技术才能得以建成。对于健全5G通信网络而言，全面保障无线网络通信实效的着眼点就在于改进物理层性能，据此达到提升整个通信网絡运行效能的宗旨。本文就对5G无线通信网络物理层关键技术的有关内容进行分析，可供参考。

【关键词】5G;无线通信网络;物理层;关键技术

一、5G无线通信网络的简介

5G是第五代移动通信网络的简称。按照理论峰值，其传输速度可达10GB/s，比4G网络的传输速度快数百倍。换言之，一部大小为1G的电影可在8s内下载完成。5G的主要目标是让终端用户始终处于一个联网状态，所支持的设备不止手机，还有其他智能产品。

二、5G无线通信网络物理层关键技术

（一）毫米波通信技术

任何无线通信网络在发展的过程中，都需要依赖频谱资源，频谱资源的利用率直接影响着无线通信网络的运行速率，现有无线通信网络在应用的过程中，频谱资源较为集中，而这有限的频谱资源在应用的过程中，必然会存在一定的漏洞和缺陷，影响无线通信的质量，所以在5G无线通信网络的物理层研究过程中，必须要提高频谱资源的利用率，解决频谱资源短缺问题。毫米波通信技术是一种典型的传输方式，主要是利用毫米波的方式进行通信，在具体应用过程中，具有较强的优势，如：对烟雾具有极强的穿透力、信号传输质量相对较高、信号传输的保密性比较高。就目前而言，几乎所有的无线通信频段都集中在300MHz-3GHz，而对该频段之外的3-300GHz毫米波频段的利用率相对较低。5G通信技术就是打破了传统的无线通信频段，着力对毫米波频段进行有效的开发和利用，有效提高网络的传输质量和传输效率，以满足当今社会大数据时代的需求。

（二）大规模MIMO技术

MIMO技术的应用，能够有效提高数据传输速率，提高系统的频谱效率、增加信号的覆盖范围，提高信号的传输质量，以及解决热点地区的高容量问题，对无线通信网络的建设是至关重要的，当前该技术在无线通信网络的构建中，已经得到了普遍的应用，但是5G无线通信网络在构建的过程中，对于信号的要求会更高，传统的MIMO技术已经无法满足其要求，在这种情况下，就必须要加强大规模MIMO技术的研究，通过对基站的改造，有效提高系统的容量和频谱效率。该技术在应用的过程中，只需要增加基站的天线数目，就能够增加系统容量，改造的过程十分便利;而且，系统在应用的过程中成本比较低，输出功率却比较大，能够降低系统的运行成本;最后经过实验证明，天线数量增大，能在一定程度上解决噪声和干扰问题，所以该技术的应用能够有效提高信号的传输速率和质量。

（三）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。

（四）双公开技术

通常意义上的双公开技术指信息能够实现同时传输和同频率传输。现有的通信系统在信息传输过程中会受到信号干扰，而全公开技术能有效提高频率的利用率，实现多频率的信息传输，克服了一个通信系统不能同频率和双向传输的技术难题。这是当下人们热衷于研究双公开技术的原因。对5G通信系统而言，应用双公开技术能够有效利用无线频谱资源。具体来说，通过抵消干扰信号的模拟端，抵消已知干扰端数字信号的干扰，解决传输过程中系统的干扰问题。

三、5G应用场景分析

5G无线通信网络与传统的网络不同，不仅要满足移动终端用户对语音、视频、图片等多项业务的需求，并且5G网络系统有效增强了数据的业务范围、业务能力。未来的世界是5G网络系统的世界，是一个多网络的融合，构成了一个涉及人们交通、工作、休闲、居住等各个场景在内的、巨大的异构网络。并且5G异构网（如图1所示）络将突破现有网络系统的信号传输质量和传输效率，尤其是在高密住宅区、办公室、、露天集会、体育场拥挤的交通、地铁、高速公路等特殊的场景下，5G异构网络显示了巨大的优势。与传统的网络系统相比，5G无线通信网络技术在人们日常的生活、工作、休闲娱乐中得到了广泛的应用，并且具有显著的优势，集中表现在：第一是增加了信道的带宽，充分利用了新兴的信息技术，如：毫米波通信技术、无线电认知技术等，获得了更多的频谱资源，提高了网络信息系统的容量;第二是充分利用了大规模的MIMO信息技术、空间调制技术等，有效增加了信道的子信道数目;第三是增加了传统网络的覆盖率，有效消除了信息传输过程中的干扰因素，提高了信息传输的速率和质量。

四、结语

总之，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。当前我国5G通信网络的建设步伐也在逐步加快，计划在2020年后进行5G无线通信网络的全面覆盖，5G通信网络能够使得信息传输进一步加快，满足更多用户更高的通信要求，提升用户体验，但是，在建设过程中我们还有很多关键技术需要突破，加强对毫米波通信、大规模MIMO技术等的研究探讨，加速推动我国5G无线通信网络的建设实现。

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作者简介：

崔晓庆（1978.11-），男，山东省济南市人，山东大学毕业，本科，研究方向：通讯传输与无线技术。

（作者单位：山东省邮电工程有限公司）