談5G無線通信網(wǎng)絡(luò)物理層關(guān)鍵技術(shù)
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【摘要】5g網(wǎng)絡(luò)作為先進(jìn)通信技術(shù)的代表，被視為無線通信前進(jìn)的主要方向。本文以此為背景，在簡單分析對5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建設(shè)的必要性的基礎(chǔ)上，結(jié)合5G網(wǎng)絡(luò)所表現(xiàn)出特點，提出了可用于物理層構(gòu)建的技術(shù)，例如MIMO。并對常見問題的解決對策進(jìn)行了歸納，希望能夠給人以啟發(fā)，使日后所開展工作擁有可供參考的資料。
【關(guān)鍵詞】物理層；無線通信技術(shù)；5G網(wǎng)絡(luò)
前言
近幾年，得到廣泛運用的信息技術(shù)，為無線通信的發(fā)展提供了支持，相關(guān)技術(shù)的更新速度不斷加快，在4G網(wǎng)絡(luò)已得到普及的當(dāng)下，針對5G網(wǎng)絡(luò)展開的研究工作已初見成效，對網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建所適用技術(shù)進(jìn)行探究，可使5G網(wǎng)絡(luò)所擁有優(yōu)勢得到充分發(fā)揮，從而為人們創(chuàng)造更加便捷且安全的外界環(huán)境，本文所研究課題的現(xiàn)實價值不言而喻。
15G無線通信概述
1.1優(yōu)化體驗
研究表明，無論是拓展容量，還是提高資源利用率，均會給5G網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化帶來積極影響，愈發(fā)順暢的體驗，自然也會使日常工作及生活變得更加便利。除此之外，5G網(wǎng)絡(luò)可使信息傳輸質(zhì)效更加接近預(yù)期狀態(tài)，人們所享受服務(wù)及體驗往往會因此而變得更為理想。
1.2提升資源利用率
5G網(wǎng)絡(luò)對通信質(zhì)效有較為顯著的提升效果，對無線通信而言，決定通信質(zhì)效的因素，主要是對頻譜資源加以運用的效率，5G網(wǎng)絡(luò)可使資源利用率被維持在較高水平，從而達(dá)到優(yōu)化通信質(zhì)量的目的，這與相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，存在較為緊密的聯(lián)系[1]。
1.3使系統(tǒng)容量得到拓展
構(gòu)建5G網(wǎng)絡(luò)可使系統(tǒng)容量、帶寬得到有效拓展。4G網(wǎng)絡(luò)與5G網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別，主要體現(xiàn)在系統(tǒng)容量、帶寬上，研究表明，5G網(wǎng)絡(luò)擁有更大的容量及更高的帶寬。在相關(guān)技術(shù)持續(xù)發(fā)展的當(dāng)下，網(wǎng)絡(luò)資源呈井噴式增長，這也給通信系統(tǒng)容量提出了更為嚴(yán)格的要求，構(gòu)建5G網(wǎng)絡(luò)可使信息系統(tǒng)擁有符合信息數(shù)量的容量，無線通信行業(yè)自然會得到快速成長。1.4賦予信息更加突出的安全性信息時代，網(wǎng)絡(luò)安全成為各行各業(yè)關(guān)注的重點，如何使網(wǎng)絡(luò)安全得到保障，自然也成為有關(guān)人員研究的主要內(nèi)容。5G網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，為該問題提供了全新的解決思路，不僅信息安全得到了顯著提高，信息泄露、被劫持等問題出現(xiàn)的概率也有所降低，這同樣是基于5G技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行構(gòu)建的價值所在。
2網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建技術(shù)分析
5G網(wǎng)絡(luò)擁有極為復(fù)雜的內(nèi)部構(gòu)造，其中，物理層的構(gòu)建工作，往往要運用多項技術(shù)，要想使5G網(wǎng)絡(luò)擁有更符合預(yù)期的實效性，關(guān)鍵是優(yōu)化物理層所表現(xiàn)出性能。目前，可被用于此項工作的技術(shù)，主要有：
2.1MIMO
5G網(wǎng)絡(luò)物理層所依托核心技術(shù)為MIMO，另外，毫米波通信也發(fā)揮著重要作用，作為可對大規(guī)模加以呈現(xiàn)的技術(shù)，MI－MO常被用來對物理層的構(gòu)建提供支持，該技術(shù)強(qiáng)調(diào)以多天線為依托，對空分特點加以呈現(xiàn)，經(jīng)由頻譜相同的資源，為用戶提供所需服務(wù)。在對頻譜頻率進(jìn)行提升的前提下，增強(qiáng)傳輸過程的穩(wěn)定性與可靠性，空分又使高分辨率擁有了更為理想的空間自由度，發(fā)射功率自然會得到有效管控。該技術(shù)的價值，主要表現(xiàn)為對傳輸信號的速率進(jìn)行提升，使系統(tǒng)頻譜效率更加理想，在擴(kuò)大信號所覆蓋范圍的前提下，為傳輸質(zhì)量提供保證，還有使熱點高容量的情況得到解決，上述問題均與無線通信建設(shè)工作的開展，存在較為密切的聯(lián)系，這也是MIMO被頻繁用來對無線通信進(jìn)行建設(shè)的原因。5G網(wǎng)絡(luò)對信號所提出要求，明顯較4G網(wǎng)絡(luò)更加嚴(yán)格，若對原有技術(shù)進(jìn)行沿用，有效性往往無法得到保障，由此可見，通過改造基站的方式，使該技術(shù)擁有更加理想的頻譜效率與容量，具有重要意義[2]。對該技術(shù)加以運用時，有關(guān)人員應(yīng)視情況對天線數(shù)目進(jìn)行增加，這樣做可使系統(tǒng)擁有更符合5G特點的容量，另外，該技術(shù)僅需投入較低成本，便可獲得理想的輸出功率，這點應(yīng)引起重視。研究表明，增加天線數(shù)目，可使干擾、噪音等常見問題得到解決，這表明該技術(shù)對傳輸信號的質(zhì)效有較為顯著的提升效果。
2.2毫米波通信
無線通信對頻譜資源的依賴性較強(qiáng)，可以說，頻譜資源能否得到有效利用，對無線通信所表現(xiàn)出運行速率起決定作用。現(xiàn)階段，對無線通信加以運用所表現(xiàn)出特點，主要是頻譜資源集中，這也是導(dǎo)致缺陷、漏洞存在的主要原因，通信質(zhì)量自然會受到影響。由此可見，對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行構(gòu)建時，有關(guān)人員應(yīng)將資源利用率維持在較高水平，確保資源短缺等問題均可得到有效解決。以上便是毫米波通信被提出的背景，該技術(shù)強(qiáng)調(diào)以毫米波為基礎(chǔ)，通過充分利用頻段的方式，對波束天線進(jìn)行生成，以此來達(dá)到對相關(guān)資源進(jìn)行增加的效果。除此之外，由于波束天線的構(gòu)成要素為毫米波技術(shù)，這也決定其擁有更為突出的拓展性、穿透性與反射性，在實際運用時，有關(guān)人員應(yīng)將重心放在對雨衰、穿透損耗和路徑損耗加以解決的方面，避免所帶來影響的進(jìn)一步擴(kuò)大。研究表明，對任意信號進(jìn)行發(fā)射，均會有路徑損耗存在，這與信道傳播、發(fā)射擴(kuò)散等特點存在直接關(guān)聯(lián)，另外，可能給信號傳輸帶來影響的因素較多，二次損耗的問題無法避免，由研究結(jié)果可知，在傳播距離固定的前提下，頻率與損耗的關(guān)系為正相關(guān)，也就是說，越高的頻率，通常會帶來越大的損耗，這就要求有關(guān)人員將大規(guī)模天線用于高頻段，通過集中能量的方式，將輻射擴(kuò)散所帶來損耗維持在合理范圍。
2.3路徑損耗
無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸特性及發(fā)射功率，決定其較易給所發(fā)射信號造成影響，且能耗問題始終存在。由路徑損耗所表現(xiàn)出特點可知，頻率是決定能耗的主要因素，大量頻譜資源被引入，導(dǎo)致空間能耗不斷增加，要想使其得到解決，最關(guān)鍵的一點便是擴(kuò)大天線發(fā)射規(guī)模，確保能量的有效集中。一方面，雨衰是較為常見的問題。雨水給無線通信所表現(xiàn)出穩(wěn)定性的影響較大，這是因為發(fā)射波長和雨滴大小相同，散射概率隨之增加，對其進(jìn)行研究自然很有必要。另一方面，對需要穿透建筑的信號而言，出現(xiàn)損耗的情況難以避免，且毫米波所受到損耗通常較其他物質(zhì)更大，室內(nèi)信號自然難以得到保障，未來一段時間內(nèi)，上述問題將是研究的重點，要想使該問題得到解決，最有效的策略便是對微蜂窩（如圖1所示）、WiFi節(jié)點進(jìn)行構(gòu)建，這點應(yīng)當(dāng)引起重視[3]。
2.4端到端時延
該技術(shù)主要是指核心網(wǎng)時延、空口時延，由于業(yè)務(wù)模型存在較為顯著的差異性，端到端時延通常由回程時延、單程時延加以體現(xiàn)。低時延設(shè)計對象，通常是數(shù)據(jù)包由源節(jié)點至目的節(jié)點所花費時間，對該技術(shù)加以運用，可使URLLC擁有更為理想的超低時延與可靠性。4G網(wǎng)絡(luò)可將理想時延控制在大概10ms，典型時延平均是50ms，5G網(wǎng)絡(luò)對時間長度進(jìn)行了壓縮處理。首先，任意區(qū)域用戶要想獲得更理想的體驗，其前提均為加設(shè)基站，這與高速率體驗、移動寬帶體驗十分契合，也就是說，身處偏遠(yuǎn)區(qū)域、處于高速移動狀態(tài)的用戶，同樣可體驗到高速率通信服務(wù)，且速率不低于100Mbps；其次，5G網(wǎng)絡(luò)對速率進(jìn)行了大幅提升，通?？删S持在1Gbps左右，這樣做可為用戶的體驗速率提供保證，即使身處惡劣環(huán)境或僅擁有局部熱點的區(qū)域，用戶所提出“對高清視頻進(jìn)行實時傳輸”等要求，同樣能夠得到滿足；再次，低功耗連接的應(yīng)用場景，通常是遠(yuǎn)程采集信息與傳感器接入，該技術(shù)的優(yōu)勢主要表現(xiàn)為海量連接、功耗較低，對其加以運用的方向，通常是智能農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測，例如，檢測土壤的溫度與濕度，以及使井蓋監(jiān)測、遠(yuǎn)程抄表等工作的質(zhì)效獲得有力保障，由此可見，在運用該技術(shù)時，有關(guān)人員應(yīng)做到對網(wǎng)絡(luò)終端進(jìn)行廣泛分布，通過對超千億連接所需支持力進(jìn)行提高的方式，促使該技術(shù)朝著低成本及能耗的方向前進(jìn)；最后，由于該技術(shù)擁有高可靠、低時延的特征，在遠(yuǎn)程醫(yī)療、車聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域?qū)ζ浼右赃\用，具有較為突出的價值，例如，實時向車輛提供路況信息，以端到端時延為依托，對業(yè)務(wù)所表現(xiàn)出可靠性進(jìn)行大幅提升。
3結(jié)論
由上文所敘述內(nèi)容可知，社會經(jīng)濟(jì)所提供推動力，使5G網(wǎng)絡(luò)所特有優(yōu)勢得到了更為全面的發(fā)揮，對物理層進(jìn)行創(chuàng)新，因此而成為有關(guān)人員的首要任務(wù)，這是因為落實此項工作，可使信息傳輸質(zhì)效獲得更加有力的保障。另外，用戶體驗同樣會得到優(yōu)化，相關(guān)行業(yè)所制定持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，自然也擁有了實現(xiàn)的基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)
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[3]惠芳，李文聰.淺析5G無線通信網(wǎng)絡(luò)物理層的關(guān)鍵技術(shù)[J].計算機(jī)產(chǎn)品與流通，2018（6）：67.
作者：王莉 田燕軍 王玥 單位：山西經(jīng)濟(jì)管理干部學(xué)院