探究現代前沿無線通信技術的研究方向

摘要：隨著現代化信息技術的不斷變革，無線通信技術得到了繁榮發展。在移動互聯時代下，人們工作生活的方方面面都充斥著無線通信技術。為了滿足人們持續更新的需求，以及跟上時代進步的腳步，本文概述了現代前沿無線通信技術的具有前景的研究方向，并基于此展開探討了無線通信技術面臨的挑戰。

關鍵詞：無線通信技術? 研究方向? 通信領域應用

一、引言

人類的發展需求正在朝著多樣化的方向拓展。在未來，無線通信技術將會承載著更多的功能。這也意味著對于通信技術在安全與速度方面的要求也會更進一個階層。我國前沿無線通信技術正在不斷拓寬應用領域，努力跟上時代的發展步伐，致力于推進無線通信技術的深層次發展。

在新形勢下，無線通信技術已經邁進到5G階段，涉及的業務已從最初的通話、短信，拓寬到如今的音視頻傳輸、視頻通話、線上會議等。在城市中進行了近乎全范圍覆蓋的WiFi技術，使人們的生活水平以及工作學習效率得到顯著改善。在人們生活中頗為常見的短距離無線通信技術“藍牙”，存在于許多智能手機以及終端設備中。借助蜂窩式網絡布局進行傳輸的微波寬帶接入技術，雖能最大限度降低傳輸距離帶來的損耗，但發射頻率和傳輸距離卻有所限制。此外，無線寬帶技術一般指把高效率的無線技術應用于寬帶接入網絡中，以無線方式向用戶提供寬帶接入的技術，具有接入方式多、建設速度快等優勢。然而，雖然我國寬帶市場體量龐大，但差異化的接入頻率及分配方式嚴重影響著無線寬帶接入技術的發展進程。被廣泛應用于教育、制造業以及運輸業等領域的衛星接入技術借助人造衛星實現了互聯網高速接入。紅外光纖技術接入方式的傳輸容量大、數據傳輸速度快、損耗小，但傳輸距離卻局限于百米范圍。

二、前沿無線通信技術研究方向

（一）認知無線電

認知無線電（Cognitive Radio， CR）以對環境的感知和學習能力、高可靠的通信質量以及可重配置為顯著特征。它能夠通過學習、理解等方式，針對性地對特定操作參數進行實時改變，比如編碼、載波調制和傳輸功率等，自適應地調整內部的通信機理，從而實現不局限于外部無線環境的高可靠通信以及幫助用戶選擇最適宜的服務進行無線傳輸。現階段，認知無線電網絡實現智能頻譜管理與應用的熱門研究方向主要包括頻譜聚合與頻譜共享技術，即將具有感知能力的通信設備以特定方式接入授權頻段內，并動態利用其頻譜，而不影響已授權頻段正常通信。

（二）張量理論

張量理論（Tensor Theory）是一種多線性函數，用來表示標量、矢量和張量之間的線性關系。其被廣泛應用于連續介質力學、理論物理、化學計量學等研究領域。這里的張量主要指多維數組，本質上是隨機矩陣在維度方面的擴張。張量是多維數組的泛概念，非常適合去表示多維度的數據，并通過多維度的數據，可獲取用戶間的內在聯系。在某些方面，張量和多維度數據是對等的。

（三）可見光通信

可見光通信技術（Visible Light Communication， VLC）以可見光波段的光為信息傳輸載體，而無需借助光纖等有線信道作為傳輸介質，在空氣中直接傳輸光信號的一種新型通信方式。其優勢包括：高寬帶、高復用度;空間復用性好;私密性好、電磁免疫;燈光易遮擋不外泄，可用于軍事保密部門;基于照明網絡無處不在并且無需頻率許可。

從目前的發展形勢來看，可見光通信將與WiFi、5G等通信技術交互融合，在物聯網、智慧城市（家庭）、航空航天、航海、鐵路運輸、室內導航等領域帶來創新應用和價值體驗。未來通過借助可見光通信技術，我們能實現的不僅限于超高速的數據傳輸，而是不可估量的應用創新，開燈就上網或許不再停留于幻想。

（四）大數據智能醫療

在當今數字化浪潮之下，數字化轉型已經成為各行各業正在謀求的新出路。醫院開始逐步升級信息化系統，以期實現大數據智能醫療的新跨越。眼下，在信息化程度、醫療數據存儲和傳輸、醫療網絡安全性、資源共享安全機制及監督管理機制等方面，我國仍存在一些問題需要改進。“構建5G智能醫療系統”和“5G引領醫療的數字化轉型”的構想，作為為醫療行業信息化發展的新思路和新方向，能一定程度上提高醫療服務、質量和管理的精準化水平，滿足現代醫療衛生服務迫切的數字化需求。

未來，智慧醫療的建設能夠實現醫生、病人、護士、醫療機構、衛生管理部門、醫療與保險之間的協同，并促進醫療信息化的升級發展。大數據能夠極大地改善患者的就醫體驗，同時優化醫療機構的整治效率和準確度。

（五）無線能量傳輸

無線能量傳輸技術（WPT）通過無線的方式實現電源與用電設備之間的能量傳輸。現今無線能量傳輸技術主要有電磁感應式、電磁共振式、磁耦合諧振式。

當前最成熟和普遍的是電磁感應方式，利用電磁感應原理，類似于變壓器，在發送端和接收端各有一個線圈，電流通過線圈時在線圈中產生磁場，對附近線圈產生感應電動勢產生電流。該方式適合短距離充電，轉換效率高。電磁共振方式也稱為近場諧振式，由能量發送裝置和能量接收裝置組成，通過調整到相同頻率或在一個特定頻率上共振，就實現能量的無線傳輸以及兩物體間的能量交互。適合遠距離大功率充電，轉換效率適中。磁耦合諧振式繼承了可遠距離傳輸的磁共振式和近距離傳輸的電子感應式無線電能傳輸技術的優點，同時又克服了其不足。該方式傳輸距離適中，在保證高效率的同時，還是一種非輻射性磁耦合，對人體影響很小。

（六）人工智能

人工智能是一門研究模擬、擴展和延伸人類智能的技術科學，致力于了解智能的本質，并試圖制造出一種新型智能機器，可以人類智能相似的方式做出反應。

移動互聯時代下，在通信網絡安全管理應用、交通通信系統應用、通信視頻業務應用等各個方面，人工智能均有著廣泛的應用。在交通通信系統中，基于人工智能的決策、路徑規劃、交通網絡服務、交通管理和其他移動優化工具的繼承使得高效交通管理具備可能性。人們熟知的自動駕駛就是人工智能在交通領域最徹底的應用。在視頻業務服務方面，人工智能已應用于創意創作全流程，加速創意需求、創意靈感和策劃等環節的賦能。目前的人工智能還處于工具階段，能夠滲透視頻應用的預處理和后處理、超分辨率、機器視覺等等方面，人們在這些過程中使用人工智能工具來提升開發效率或者處理效果。此外，人工智能在中國的安防視頻監控項目中已經大量落地，整合了人工智能技術的智能攝像機，可以實現實時監控情況，并在問題發生之前識別出問題發生的可能性。

三、無線通信系統面臨的挑戰

（一）更高的信息傳輸速率需求

無線通信技術正在不斷地改進以及優化，人們對于通信速率、質量、準確性的要求也呈現出與日俱增的趨勢。在全球5G通信競爭市場中，爆發式增長的多媒體業務和數據業務致使無線通信系統的傳輸質量和傳輸速率有了更高更嚴的標準。消費者對傳統網絡使用習慣正在隨著無線通信技術的快速發展與移動應用的普及而改變，隨時隨地的網絡接入，正成為用戶對未來網絡技術最大的期待。

隨著無線應用的涌現和熱點網絡的快速建立，無線通信已經變得無處不在，用戶也將從中感受到無線所帶來的高速移動體驗。無線設備正在從深度與廣度雙方面同步發展，它不僅僅是人們日常通信的手段，同時也將成為企業與運營商新應用服務發展的重要基礎。

（二）惡劣的輸出環境情況下的無限通信網絡建設

無線通信技術的蓬勃發展為運動物體和外界之間的信息交互提供了現實基礎。但在空間介質中沿直線傳播的無線信號，在遇到不同物體后，信號強度會有不同程度削弱。除各種噪聲的干擾之外，無線信號還受到其他方式的能量損耗，例如散射損耗、折射損耗、反射損耗。因此，在某些特殊地區，無線信號強度以及可靠性會變得極低，比如在四周環山的山谷中或是地處高山地區的村莊里，信號傳輸速率很低，并且會出現信號時有時無的現象。在惡劣的輸出環境下，如何保證運通信設備與外界的數據交互并且得到實時準確的數據，成了通信行業內研究人員不得不解決的問題。

（三）有限的頻譜資源利用效率的提高

無線通信技術頻譜資源并非取之不盡用之不竭的，它是有限的，同時也是國家重要的戰略性資源，而人類對無線電頻譜資源的需求急劇膨脹，導致頻譜需求和供應間矛盾日益突出。就實際情況而言，在一些特定的頻段、地區和時間，頻譜資源嚴重不足的同時，另一些特定的頻段、地區和時間，頻譜可能存在大量富余。

現有無線電頻譜可利用的頻段基本完全已分配給不同領域應用，但是不斷拓展的新應用也需要更多的頻譜資源，這就導致有些頻段接入過多的現象。無線電技術與應用的競爭愈加激烈，我們要對頻譜進行合理的管理和分配，發掘能夠改善頻譜利用效率的新技術以解決無線電頻譜問題。

（四）低發射功率——綠色通信

綠色通信，指主張節能減排、致力于減少環境污染、資源過度浪費以及對人體和環境危害的新一代通信理念，主要采用多載波、分布式、創新的高功效、智能溫控等技術，配合靈活的站點模擬場景，對基站進行積極改造，以達到降低能耗的目的，實現人與自然和諧相處終極目標，繼續走可持續發展的道路。

隨著世界經濟的飛速發展，能源日益匱乏，污染愈發嚴重。能源的過度消耗造成了溫室效應和一系列的衍生自然災害，保護環境、防治氣候變化成了人類不可避免的重要挑戰。貫徹綠色通信的理念，需要企業管理產品全流程節能減排，推廣環保材料與清潔能源、評估產品全生命周期碳排放，不斷創新低碳節能技術，最大限度地重復利用資源，形成端到端的綠色信息通信方案。綠色節能是行業發展的新的使命，也早已成為行業發展的新的使命

四、結束語

在通信領域，無線通信技術是社會信息化、智能化發展的必然產物。在新時代，人們的生活工作的方方面面無一不被該技術影響著。需求推進著創新，在拓展新領域的創新道路上，開拓并創造新型科技應用需要我們去攻克數不勝數的關鍵技術難題。在未來社會發展過程當中，無線通信技術必定會進一步得到高質量發展。

作者單位：劉熹威? ? 山東大學

參? 考? 文? 獻

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