5G無線通信網絡蜂窩結構體系和關鍵技術

鄒俊飛+何飛

【摘要】 隨著科學技術不斷發展，4G的商用范圍逐漸擴大。目前各國都在對5G技術進行專研探究，并獲得了一些顯著的成果，本文就對5G移動通信關鍵技術及其發展趨勢進行探究分析，期待我國的5G技術蓬勃發展。

【關鍵詞】 移動通信 5G關鍵技術 發展趨勢

一、引言

我們都知道4G已經發展很迅猛，在很多國家和地區已經大面積覆蓋了。現在的人們獲取信息的途徑和速度要求越來越高，他們希望能夠得到更快的移動網絡速度。因此這些年移動互聯網以及智能設備發展迅猛[1]。有關機構指出，近十年內將會有近7萬億部無線設備用于服務人類，遠大于人類的人口數目。因此爆炸發展的無線設備給如今的移動通信發展帶來了挑戰。

二、5G無線蜂窩技術

充斥著種種挑戰，然而對于速度追求的5G必須迎頭而上，我們需要對5G網絡體系結構進行優化。眾所周知，大部分的用戶在使用無線設備的時候是處于室內的。通常使用的蜂窩一般多用于在區域之間的位置，不管用戶在哪里。因此顯而易見的問題就是如果室內用戶使用移動互聯網的話，必須接收室外的基站發射的信號，因此厚重的墻壁會給信號帶來阻礙以及損耗等問題[2]。5G的設計思想是“偽基站”，類似于我們平時使用的WI-FI，這樣在室內與室外都布置有這樣的小基站，因此避免了信號穿墻所帶來的損耗。對于室外的使用，通常使用多天線技術以及分布式天線技術。布置于外部的基站是由各種天線陣列構成的，它們通過光纖連接到BS單元。另一種布置方式—分布式，是很多天線單元組成的[3]。雖然處于室外的時候，用戶所持有的設備天線數目是有限的，然而天線與天線之間的溝通合作，嫩通過該構成一個天線網絡，與真實的MIMO構成通信鏈路。室內用戶通過在室內有個與室外天線相連的接入點來接入網絡。這樣的處理方式是需要很高的建設成本的，但是仍然會帶來許多好處。比如：用戶容納量、效率以及能源利用率等等。由于上述的處于室內的使用者可以連接到室內的接入點上，因此如此近距離和無阻礙的通信方式帶來了很多可以用到底技術。比如WIFI、藍牙、以及更寬的使用帶寬[4]。設想到更多的使用場景，為了使用戶得到更好的服務，比如在高鐵等高速移動的交通設備上。也有相關的技術去支持，比如：MFemtocell。該技術是在車的內部直接與用戶進行連接，車內部的連接點再與外部的基站進行鏈路連接。該技術的特點是點對點，一個用戶被做為一個與外部基站通信的鏈路來對待。

三、5G關鍵技術

1、大規模MIMO。多天線技術由于有很多個天線鏈路所構成，因此該技術所涉及到的元件是十分多的，因為配套的接收和發射機都要有多個來配套。對于接收而言，接收到天線可以比較方便的布置在設備上，而發射天線需要是集中或者是分布排列的。該技術的優點具有除去本身MIMO的優點之外的其他優點：能夠比MIMO更進一步提高頻譜利用率以及降低了能源消耗。對于解決小區的干擾、噪聲、以及損耗和掉線問題，可以通過比較簡單的手段去處理。

2、空間調制（SM）。所謂的空間調制，其實就是將每個數據編碼對應于它所需要的天線位置，通過多個天線進行合成發送。通過這個技術，構成了天線的陣列星座圖，相對于通常所使用到的信號星座圖技術來說，可以提高傳輸速率。這種技術雖說是由多個天線構成的，然而在使用的時候只用到了一個天線，其他的天線處于待命狀態。每個信息是被分成兩個字節的，涉及到發射天線的數量以及天線陣列信號星座圖的大小，由第一個字節去判斷是哪一個發射天線在工作，另外一個字節是把天線陣列信號星座圖的信息通過天線進行發送。所以說，空間調制技術是一個SSK的振幅和相位的調制技術[5]。1.空間調制的優點。比傳統的MIMO技術先進的地方在于，這個技術能夠減少信道之間的干擾問題，天線陣列的同步問題和多個通信鏈路的問題。2.空間調制的發展方向。因為技術的發展，和天線數量和通信鏈路的增加系統的復雜度是十分大的。那么，如果想要降低系統的復雜度，必須要犧牲系統的性能做為代價。

3、認知無線電網絡。認知無線電網絡是如今發展最好、最熱點的研究方向，由于它能夠使得頻譜利用率得到很大的提高而得到重視。由于同一時間，很多頻譜資源沒有被利用起來，因此該技術獲得研究與應用。通過應用認知無線電網絡，在一定的外部條件下，是得主系統和二級系統進行交互和共享。CR網絡應該意識到周圍的無線環境，并調節其相應傳輸。在無干擾的CR情況下：如果某用戶沒有在使用該頻段的時候，這個頻段是個可被使用的。認知無線電應用的關鍵點，在于我們怎樣才能獲得用戶沒有使用到的頻譜資源。該技術應用頻率監控手段來獲得沒有被用戶所使用的頻譜資源，將信息反饋給發射機，那么天線就會使用這類資源了。

結論：通過前面的內容，我們闡述了5G所遇到的問題以及挑戰，談到了5G研發的熱點與方向，空間調制和認知無線電技術以及MIMO是5G的關鍵性技術。

參 考 文 獻

[1] LTE關鍵技術和應用研究[J]. 李得鵬. 通訊世界. 2017（03）

[2] 淺談移動互聯網現狀及其趨勢[J]. 朱斌.中國新通信. 2015（23）

[3] 新一代移動通信及其應用[J]. 楊維，朱剛，談振輝，李承恕. 鐵道學報. 2004（05）