5G关键技术探究

孙 盈

（国家无线电监测中心检测中心，北京 100041）

互联网时代的飞速发展为无线通信系统的发展带来了诸多机遇，其中，5G技术作为以4G技术为基础衍生而来的新型无线通信网络技术，打破了传统宏基站模式，进一步提高了数据的传输效率，同时传输能耗也得到了有效降低。因此，为了能进一步推广并优化5G无线通信系统，则需加强对关键技术的研究。

1 5G概述

1.1 5G技术

5G技术指的是第五代移动通信技术，是在4G技术的基础上发展起来的一种更先进、更高效的通信技术。相比于前几代无线通信系统，5G系统具有更高的传输速率、更低的延迟、更大的网络容量和更高的可靠性，为人们提供了更广阔的通信应用场景和更优质的通信体验。在实际应用的过程中，5G系统采用更高频段的频谱资源，比如，毫米波频段能够支持更大的带宽，从而实现更高的数据传输速率，用户的体验感也有大幅提升。而且，整个5G系统采用更加高级的加密技术来保护用户的通信安全，虚拟专用网络技术可为用户带来更加安全的网络环境[1]。

1.2 5G网络的发展现状

目前，5G的发展正处于快速推进与逐渐普及阶段，我国基本完成了5G基础设施的部署，而且运营商也已经提供5G网络服务，以确保能够为用户提供更快速、更稳定的移动通信服务。随着网络的扩大覆盖，越来越多的手机制造商推出了支持5G技术的手机产品，新兴手机产品具有更强大的处理能力和更高的传输速率，确保用户能够享受到更快速、更丰富的移动信息服务。不过目前5G网络发展依然面临着诸多挑战，例如，频谱资源的分配与管理、基础设施建设的投资、网络安全、商业模式和盈利模式等方面依然需要得到进一步完善。

1.3 5G网络的结构

5G网络包括核心网和无线接入网两个主要部分。核心网是5G网络的基础架构之一，主要采用分布式架构，并引入云计算和网络函数虚拟化等技术，负责管理和控制整个5G网络的运营，由用户面和控制面等多个功能区域组成；无线接入网是5G网络中连接用户设备和核心网的关键，主要包括基站和前端设备，负责无线信号的传输和接收，无线接入网络采用了更先进的波束赋形、大规模多输入多输出等无线技术和架构。

2 5G关键技术

2.1 大规模MIMO技术

大规模MIMO技术作为5G网络中非常重要的组成部分，能够有效提高系统容量、增强信号覆盖和提升用户体验。在实际应用当中，该技术利用大量的天线阵列，保障基站可以同时与多个用户进行通信。相比于传统的MIMO系统，大规模MIMO可以支持更多的并行数据流，让5G网络的容量得到进一步提升，而且可以通过扩展基站天线提高频谱利用率，以便为更多用户提供高质量通信信号。该技术还可以显著改善信号覆盖，由于天线数量的增加，能够提供更强的信号强度和更好的抗干扰性，以确保可以解决城市和室内环境中的信号衰减和多径效应问题，而且还能通过波束赋形技术将信号聚焦在用户位置，从而进一步提升覆盖范围和信号质量。除此之外，该技术在提高用户体验方面也有着重要的作用，其能够通过使用多个天线接收用户设备的信号实现更可靠稳定的通信连接，用户可以在高速移动或密集用户区域保持较快的数据传输速率和更低的延迟，而且空间复用技术也能为每个用户提供更大的带宽，以确保用户即便是在网络拥塞的情况下也不会影响到用户的通信质量[2]。

2.2 双公开技术

双公开技术在提高5G用户的体验和网络性能方面也有着非常重要的作用。该技术能够通过基站之间的协同工作，将用户设备同时连接到两个不同的基站或者频段。两个基站分别为主基站和辅助基站，其中主基站主要负责控制信令的传输，而辅助基站则提供额外的容量和覆盖范围。

在双公开技术的帮助下，用户设备可以通过主基站与核心网络建立稳定的连接，同时通过辅助基站获取额外资源，以确保用户的下载和上传速率的提升。而且该技术还可以提高网络容量和覆盖范围，用户设备能够通过与辅助基站连接获得频谱和天线资源，使其可用带宽和信号强度也能够得到显著提升，以获得更加稳定和高质量的通信服务。同时该技术还带来了更好的移动性管理和切换性能，主基站和辅助基站的切换能够保障用户设备连接5G网络的稳定性，避免用户在移动中发生通话中断或数据丢失等情况。

2.3 绿色通信技术

绿色通信技术在5G网络中能够起到减少能源消耗和碳排放的作用，该技术可以通过优化网络设备和基础设施的能源利用效率来实现能源节约。在5G网络中应用绿色通信技术，可以通过智能功率管理、动态睡眠和唤醒机制等方法，确保基站和终端设备在低负荷和空闲时自动降低功率消耗以减少资源浪费。该技术能够通过优化传输协议、数据压缩和智能路由等措施提高数据传输效率，从而减少传输过程中的能源消耗和碳排放，而且还能利用低功耗、高效能的设备和组件降低5G网络对能耗的需求。另外，该技术能够有效满足云网络资源的灵活配置和共享需求，进而提升网络的可持续性和资源利用率。

2.4 云计算技术

云计算技术目前在5G网络中已经得到了广泛的应用，其提供更强大、灵活和高效的计算和存储资源，以便于扩展5G网络的应用场景。在实际应用的过程中，通过云计算平台的帮助，5G网络可以根据需求动态分配计算资源以提高数据处理的整体性能，进而满足虚拟现实、人工智能等先进技术的应用。同时，还能通过海量云存储、大规模数据与备份，来满足海量数据传输和存储需求。该技术还可以实现网络功能的虚拟化和软件定义，并且提供灵活的网络服务，5G网络可以通过软件定义网络和网络功能虚拟化等技术，将传统的硬件设备转化为虚拟的软件实体，以便于实现网络功能的按需部署、灵活配置和远程管理，这对于提高网络的灵活性和可定制性有非常重要的帮助。

2.5 异构无线通信技术

异构无线通信技术在5G网络中的应用同样非常重要，该技术能够将LTE、Wi-Fi、蓝牙等不同类型和不同频谱的无线技术结合起来，以实现更高的容量、更广的覆盖范围和更好的信号传输性能。5G网络可以通过异构无线通信技术为用户提供更快速、更可靠和更稳定的无线连接，满足不同用户和应用场景的需求。

2.6 毫米波高频段通信技术

毫米波主要是指频率为30～300 GHz的电磁波，相比传统的低频段，毫米波具有更大的带宽和更高的传输速率。在5G网络中，由于毫米波频段拥有更大的带宽资源，因此其可以支持的传输速率也相对更高，能为用户提供更大的信息传输带宽和更低的延迟，这也是5G网络传输速率快且损失小的重要原因[3]。

2.7 新多址技术

新多址技术主要是指通过在同一频率资源上同时传输多个用户的数据来提高网络的容量和效率。在实际应用中，新多址技术除了能够提高5G网络的容量和传输效率外，还能够支持更多种类的连接，如物联网、H2M、M2M等，以满足各类网络连接对延迟和连接规模需求较高的特点。

3 结束语

总的来说，在关键技术的加持下，5G网络的传输速率和通信覆盖范围以及抗干扰能力都有着显著的提升。而想要进一步加强对5G网络的优化，在技术研究的过程中一定要进一步发挥关键技术的优势，为5G的稳定长效发展打好坚实的技术基础。