黄韶华 叶国超
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
中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）16-0074-02
Abstract：At this stage，China is making every effort to accelerate the 5G construction. As a new form of wireless mobile communication，5G can transmit more data and information to more internet users and mobile phone users at a higher speed，so as to realize the innovation and upgrading of wireless mobile communication services，and then change peoples life and working mode. However，5G system must rely on various key technologies to provide support in order to become a reality，otherwise it will become a castle in the air. This paper will analyze the key technologies of 5G wireless communication system，hoping that this paper will help speed up the development of 5G.
Keywords：5G system;wireless communication system;communication base station
0 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。
1 5G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。
2.5 D2D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.
作者简介：黄韶华（1971.10-），男，汉族，广东揭阳人，总
经理，通信工程师，硕士，研究方向：移动通信;叶国超（1979. 09-），男，汉族，广东新会人，设计三所所长，通信工程师，本科，研究方向：移动通信。
