5G無線通信通信系統的關鍵技術分析

彭翔

摘要：5G無線通信是未來移動通信系統一個新的發展方向，當前這種技術還不是很成熟，處于探索和研發階段。筆者在對5G無線通信技術系統進行簡要介紹的基礎之上，重點針對了5G無線通信系統的大規模MIMO 技術、超密集異構網絡技術和全雙工技術進行論述。

關鍵詞：5G無線通信大規模MIMO 技術全雙工技術超密集異構網絡

引言：

經過了幾十年的發展，移動通信使得人們生活和工作得到了翻天覆地的變化。當今已進入了信息化發展的新時代，由于移動終端越來越普及，使得多媒體數據業務的需求量極具增長。可以預測到，移動通信網絡將在2020年增長1000倍的容量和100倍的連接數，眾多的用戶接入以及很低的營運成本的需求也會隨之出現。因此，對5G無線網絡技術的研究就顯得格外重要。鑒于此，筆者希望本文的論述能夠對5G無線通信網絡技術的研究起到拋磚引玉的作用。

一、5G無線通信系統概述

5G無線通信和4G相比具有更高的傳輸速率，其覆蓋性能、傳輸時延以及用戶體驗方面比4G更加良好，5G通信和4G通信之間有效的結合將貴構成一個全新的無線移動通信網絡促進其進一步擴展。當前國內外對5G無線通信技術的研究已經進入到了深入時期，如2013年歐盟建立的5G研研發項目METIS（mobile and wireless communications enablers for the 2020 information society）項目，中國和韓國共同建立的5G技術論壇以及我國的813計劃研發工程的啟動。

由此可以看出5G無線通信是移動互聯網在外來發展的最為重要的驅動力，將對移動互聯網作為未來新興業務的基礎平臺起到了重要的推動作用。而當前在互聯網進行的各種業務大多都是通過無線傳播的方式進行，而5G技術對這種傳輸的效率和傳輸質量提出了更高的要求。而將5G通信系統和其它通信系統進行有效的結合以及無縫的對接是5G無線通信技術研究的主要方向和目標。因此，在5G無線蓬勃發展的今天，其技術的發展主要呈現出以下特點：

首先，5G通信技術系統更加注重用戶體驗，而良好的用戶體驗主要是以傳輸時延、3D交互游戲為主要支撐來實現。

其次，5G無線通信系統以多點和多用戶協作的網絡組織是其與與其它通信系統相比最為明顯的特點和優勢，這種網絡組織系統使得系統整體的性能得到了極大的提升。

再次，5G無線通信系統和其它通信系統相比應用到了較多的高端頻譜，但是高端頻譜無線電波穿透能力有限，因此，有線和無線相結合是系統采取的最為普遍的組成形式。

二、5G無線通信通信系統的關鍵技術

（一）大規模MIMO 技術

1技術分析

在多種無線通信系統中已經普遍采用了多天線技術，這種技術能夠有效的提升通信系統的頻譜效率，例如，3G系統、LTE、LTE-A、WLAN 等.頻譜效率是隨著天線數量的增多而效率隨之提高。MIMO信道容量的增加和收發天線的數量呈現出近似線性的關系，因此在5G無線系統內采取較多數量的天線是為了有效的提高系統容量。但是當前系統收發終端配備的收發天線數量不多，這是由于天線數量的增多使得系統的空間容量會被壓縮，并且多數量天線技術復雜所造成的。

但是，大規模MIMO 技術的優勢還是非常明顯的，主要體現在以下幾個方面：首先，大規模MIMO分辨率更強，能夠更加深入挖掘到空間維度資源，從而使得多個用戶能夠在大規模MIMO的基站平臺上實現同一頻率資源的同時通信，因此，使得能夠實現小規模數量基站的前提下高頻譜的信息傳輸。其次，大規模 MIMO抗干擾性能強，這是由于其能夠將波束進行集中。再次，能夠極大程度的降低發射功率，提高發射效率。

2我國的研究和應用現狀

我國對大規模MIMO 技術的研究主要是集中在信道模、信道容量以及傳輸技術等方面，在理論模型和實測模型方面的研究比較少，公認的信道模型當前還沒有建立起來，而且傳輸方案都是采用TTD系統，用戶數量少于基站數量使得導頻數和用戶數呈現出線性增長的關系。除此之外采用矩陣運算等非常復雜的運算技術來進行信號檢測和信息編碼。因此，我國要充分挖掘MIMO 技術的內在優勢，結合實際來對通信信道模型進行深入的研究，并且在頻譜效率、無線傳輸方法、合資源調配方法等方面應當進行更多的有效分析和研究。

（二）全雙工技術

所謂全雙工技術就是指信息的同時傳輸和同頻率傳輸的一種通信技術。由于無線網絡通信系統在信息傳輸過程中傳輸終端和接受終端存在一種固有的信號自干擾。全雙工計劃蘇能夠充分的提高頻率利用率，以實現多頻率的信息的信息傳輸，從而改變了一般通信系統不能夠實現同頻率和雙向傳輸的技術現狀，因此這種技術已經成為無線通信技術當前研究的一個重要的關鍵點。這種技術應用在5G無線通信系統中能夠實現無線頻譜資源得到充分的挖掘和利用。當前5G無線通信系統由于接受信號的終端和發射信號的終端頻率之間存在著較大的差異，使得其產生自干擾的現象比較突出，是5G無線通信技術發展的一個主要瓶頸，因此，全雙工技術在5G無線通信系統內有效的應用使得信號自干擾的問題能夠通過相互抵消的方式得到有效的解決。通過模擬端干擾抵消、對已知的干擾信號的數字端干擾抵消等各種新的干擾技術的發展以及這些技術的有效結合使得極大多數信號之間的自干擾現象都基本上得到了有效的抵消。

（三）超密集異構網絡技術

5G無線通信通信系統不僅包括無線傳輸技術，而且也包括后續演化的無線接入技術，因此，5G網絡系統就是各種無線接入技術，例如，5G，4G，LTE， UMTS （universal mobile telecommunications system）以及wireless fidelity等技術共同組成的通信系統，在系統內部，宏站和小站共同存在，例如，Micro，Pico，Relay以及Femot等多層覆蓋的異構網絡。在異構網絡內部，運營商和用戶共同部署基站，而用戶部署的主要是一些功率較低的小站，并且節點的類型也比較多使得網絡拓撲變得相當復雜。并且由于異構網絡網絡基站的密集程度較高，因此其網絡節點和用戶終端之間的距離就更為接近，使得功率的效率和頻譜的效率以及網絡系統容量等方面比一般通信網絡系統更為優良。

雖然這種技術應用于5G無線網絡通信系統中有著非常良好的發展前景，但是也存在著一些缺陷，這種缺陷主要表現在以下幾個方面：首先，由于節點之間比較密集使得節點之間的距離相應就比較短，這樣就會造成系統內會存在同種無線接入技術之間的同頻干擾的現象以及不同無線接入技術在共享頻譜之間分層干擾的現象，這種問題的解決有賴于對5G無線通信網絡系統進一步的深入研究。其次，由于系統內存在著大量的用戶部署的節點，使得拓撲以及干擾圖樣呈現出范圍較大的動態變化。因此，要加強應對這種動態變化的相關技術的研究。

結束語

5G無線網絡系統的建立是建立在現有無線網絡技術的進步以及新的無線接入技術的研發的基礎之上，通過5G無線網絡技術的進一步發展，將會在未來極大的拓展移動通信業務的應用領域和應用范圍。

參考文獻

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