5G無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)分析

朱玉春+劉濤

摘 要：21世紀(jì)是信息高速流通的時代，通信技術(shù)在其中扮演著至關(guān)重要的角色，現(xiàn)如今人們生活的方方面面都離不開通信技術(shù)。5G通信技術(shù)是未來移動通信技術(shù)發(fā)展的新趨勢，但是目前這種技術(shù)還尚未成熟，在很多細(xì)節(jié)的方面都需要更好的完善，如果沒有做到這一點，就無法進行實際的推廣工作。同時也需要對通信系統(tǒng)的能耗進行相應(yīng)的控制，只有完善好諸如此類技術(shù)的關(guān)鍵細(xì)節(jié)，才能夠真正的將5G通信系統(tǒng)推向?qū)嶋H應(yīng)用。為此筆者根據(jù)自己的經(jīng)驗對5G通信系統(tǒng)做出了總結(jié)，也指出了未來5G無線通信系統(tǒng)應(yīng)該完善的方向。

關(guān)鍵詞：分析；5G無線通信系統(tǒng)；大規(guī)模MIMO技術(shù)

中圖分類號：TN929.5 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）04-0017-01

近二十年來，移動通信技術(shù)有了飛速的發(fā)展，給我們的生活帶來了翻天覆地的變化。目前隨著移動終端的普及，多媒體數(shù)據(jù)傳輸量在不斷增加，根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)我們可以測算出未來移動通信數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量有著非常巨大的增長空間。而且為了不斷滿足用戶的需求，也必須相應(yīng)的降低多媒體數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)的運營成本。所以說對5G通信系統(tǒng)的研究就顯得尤為重要了，我們需要借助于5G通信系統(tǒng)來推動國內(nèi)無線通信業(yè)的發(fā)展。

1 5G通信系統(tǒng)概述

和4G通信系統(tǒng)相比，5G通信系統(tǒng)具有更高的傳輸速率，而且其覆蓋面也更廣。所以說從目前移動通信行業(yè)的實際需要來說，5G比4G有更廣闊的應(yīng)用空間和發(fā)展前景。目前在國內(nèi)外相關(guān)組織的推動之下，我們對5G通信系統(tǒng)的研究已經(jīng)取得了階段性成果，研究方向主要是在5G通信與其他不同的通信技術(shù)的整合之上。而且我國政府也正在嘗試通過多種途徑尋求在這一方面與不同政府之間的合作。因此我們應(yīng)該認(rèn)識到5G通信技術(shù)會成為移動互聯(lián)網(wǎng)以及其他新興行業(yè)發(fā)展過程中的重要推力。從另一個方面來說，當(dāng)前在互聯(lián)網(wǎng)的背景下進行的通信業(yè)務(wù)大都是以無線通信的方式來進行的，面對現(xiàn)階段日益增大的數(shù)據(jù)量也只有5G通信技術(shù)才能夠自如的應(yīng)對。

2 5g通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 大規(guī)模MIMO技術(shù)

經(jīng)過近幾年的實踐，目前在多種無線通信系統(tǒng)中已經(jīng)普遍采用了多天線技術(shù)，通過3G系統(tǒng)以及WLAN等通信系統(tǒng)實際的檢驗，我們可以發(fā)現(xiàn)多天線技術(shù)能夠有效提高通信系統(tǒng)的頻譜效率。其中MIMO信道數(shù)量的增加能夠與收發(fā)信號所用的天線數(shù)量呈現(xiàn)出近似相關(guān)的關(guān)系，所以在對于5G通信系統(tǒng)的研究之中我們一般會設(shè)置多種數(shù)量的天線。但是就單個系統(tǒng)而言，如果天線數(shù)量增多肯定會使得整個系統(tǒng)空間被壓縮，那么基礎(chǔ)性的功能就很難保證了，所以說這個我們需要適當(dāng)?shù)娜ミM行權(quán)衡。雖說如此，大規(guī)模MIMO技術(shù)的優(yōu)勢還是顯而易見的，首先大規(guī)模MIMO有更強的分辨率，所以說在挖掘空間維度資源的時候就能夠做到更深入，這就能夠使得多個用戶在同一頻率內(nèi)的通信能夠保證暢通。進而小規(guī)模數(shù)量基站下的高頻譜信息傳輸也就不再是難題。其次大規(guī)模MIMO與其他基站平臺相比抗干擾能力更強，這也就決定了它能夠適應(yīng)一些極端環(huán)境下的數(shù)據(jù)傳輸。對于5G通信系統(tǒng)而言，攻克了這部分技術(shù)的內(nèi)容，也就代表通信系統(tǒng)本身能夠負(fù)擔(dān)的起短時間內(nèi)大規(guī)模的數(shù)據(jù)傳輸。

但是目前我國對這部分內(nèi)容的研究僅僅是停留在信道模、容量和傳輸技術(shù)方面的，而且還都是理論數(shù)據(jù)階段的研究，還沒有正式通過模型進行論證。就連傳輸方案都是選擇的TTD系統(tǒng)，所以說如何挖掘當(dāng)下國內(nèi)大規(guī)模MIMO之中的優(yōu)勢，結(jié)合國內(nèi)無線通信行業(yè)的實際需要來對信道模型進行研究，是擺在我們面前至關(guān)重要的問題。如下圖1是大規(guī)模MIMO通信網(wǎng)絡(luò)基站端配置的結(jié)構(gòu)圖。

2.2 雙公開技術(shù)

通常意義上的“雙公開技術(shù)”就是指的信息能夠做到同時傳輸以及同頻率傳輸?，F(xiàn)有的通信系統(tǒng)在信息傳輸過程中都會收到信號的干擾，而全公開技術(shù)則能夠有效的提高頻率的利用率，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)多頻率的信息傳輸，也就克服了一個通信系統(tǒng)不能夠同頻率以及雙向傳輸?shù)募夹g(shù)難題，這也就是當(dāng)下人們?yōu)槭裁礋嶂杂谘芯侩p公開技術(shù)的原因。對于5G通信系統(tǒng)而言，應(yīng)用雙公開技術(shù)能夠讓無線頻譜資源得到有效的利用，這是因為當(dāng)下5G通信系統(tǒng)之中信號干擾的問題已經(jīng)成為了制約5G通信技術(shù)發(fā)展的難題，而這項技術(shù)卻正好解決了這一問題。具體來說通過對干擾信號的模擬端低消，對已知干擾端數(shù)字信號的干擾低消等手段就可以解決傳輸過程中系統(tǒng)本身的干擾問題。

3 綠色通信技術(shù)

綠色通信技術(shù)主要是指的降低信息傳輸過程中能量消耗的問題，從現(xiàn)有的技術(shù)水平來說這確實是目前無線通信業(yè)發(fā)展的一大挑戰(zhàn)。雖說目前無線通信所消耗的能源僅僅占所有產(chǎn)業(yè)總能耗的百分之三，但是這個數(shù)值每年卻在以百分之十五到百分之二十的速度增長。4G通信方式的普及就已經(jīng)使通信技術(shù)的能耗大幅度增加，而如果5G通信系統(tǒng)一旦普及，在這方面我們一定會面對更嚴(yán)峻的考驗。因此研究綠色通信技術(shù)是有非常重要的意義的，目前針對于這方面的研究主要是以提高能源的利用效率為目的的，但是在提升的同時卻降低了通信系統(tǒng)的頻譜效率，目前的技術(shù)這兩者還沒有辦法兼得。所以說如何根據(jù)實際的情況在這兩者之間進行權(quán)衡就成為了我們必須要面對的一個問題。

4 毫米波高頻段通信技術(shù)

毫米波高頻段通信技術(shù)是解決頻譜資源稀缺的有效方法。所謂“毫米波”是指的波長在10mm到1mm之間的電磁波，在當(dāng)下的無線通信系統(tǒng)之中毫米波的優(yōu)點正在逐漸被人們所重視。但是要想應(yīng)用毫米波段的通信技術(shù)是需要考慮電磁波在大氣中的傳播特性的，毫米波的缺點是在大氣中的散失較為嚴(yán)重，所以只能夠適用于短波通信，當(dāng)然5G通信系統(tǒng)要想發(fā)展是必須要克服毫米波高頻段通信技術(shù)這一缺點的。

毫米波與微波通信的區(qū)別主要是在傳輸信道模型以及多徑數(shù)目等方面，因此現(xiàn)有微波頻段的MIMO通信系統(tǒng)都不適合毫米波通信系統(tǒng)。但是為了克服這一缺點，有關(guān)研究人員提出了“混合波束成形”的理念，主要是結(jié)合了數(shù)字域波束成形以及模擬域波束成形的概念，已經(jīng)成為了5G通信系統(tǒng)的研究重點。要想真正的推進5G通信系統(tǒng)的應(yīng)用也需要對這部分的技術(shù)進行研究。

5 結(jié)語

綜上所述，5G通信系統(tǒng)的應(yīng)用是未來無線通信業(yè)發(fā)展的必然趨勢，但是目前國內(nèi)對于這方面的研究還存在很多問題，這是我們必須要面對的一個現(xiàn)實。而且相比較國外對于這方面的研究速度，我們真的可以說是非常落后。所以說只有完善這方面的工作細(xì)節(jié)，才能夠真正推進5G通信系統(tǒng)走向?qū)嵺`，真正滿足人們對無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求，為國內(nèi)的經(jīng)濟發(fā)展提供重要的推力。上文是筆者根據(jù)自己的經(jīng)驗對5G通信系統(tǒng)的基本概念以及大規(guī)模MIMO技術(shù)做出的總結(jié)，希望能夠?qū)τ嘘P(guān)人士的研究提供一些幫助。

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