下一代通信網(wǎng)絡(luò)的無線傳輸技術(shù)研究

摘 要：下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)（5G）是新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)，其技術(shù)面向2020年之后的通信網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)階段其技術(shù)發(fā)展處于探索階段。結(jié)合國(guó)內(nèi)外移動(dòng)通信發(fā)展的最新趨勢(shì)，本文對(duì)5G移動(dòng)通信的發(fā)展進(jìn)行了展望，對(duì)無線傳輸技術(shù)進(jìn)行了研究，包括MIMO、基于濾波器組的多載波技術(shù)、全雙工復(fù)用。

關(guān)鍵詞：5G發(fā)展趨勢(shì)；無線傳輸技術(shù)；大規(guī)模天線陣列多載波技術(shù)

1 概述

5G通信網(wǎng)絡(luò)是面向2020年以后的下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)。根據(jù)移動(dòng)通信發(fā)展的普遍規(guī)律，在有限的頻譜中，充分的利用5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該有非常高的頻譜利用率。在傳輸速率和頻譜利用率等各個(gè)方面和4G、3G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)比較提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)和兩個(gè)數(shù)量級(jí)。5G網(wǎng)將滿足移動(dòng)網(wǎng)流量增加的需求，適應(yīng)于各類app應(yīng)用。

金華郵電工程安裝有限公司（以下簡(jiǎn)稱金華郵電工程）成立于1997年。當(dāng)時(shí)正處我省加快經(jīng)濟(jì)步伐和通信業(yè)蓬勃興起的大好時(shí)機(jī)，現(xiàn)在是通信總承包三級(jí)企業(yè)，正在申報(bào)總承包二級(jí)企業(yè)。我公司不斷拓展工程業(yè)務(wù)，能獨(dú)立承接通信線路、管道、設(shè)備等工程的施工建設(shè)。公司的業(yè)務(wù)從原先比較單一而且技術(shù)層面比較低的通信工程施工，上升到目前所有的國(guó)家通信行業(yè)工程施工，比如中國(guó)電信、中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)移動(dòng)、網(wǎng)通等運(yùn)營(yíng)公司的本地網(wǎng)用戶線路、接入網(wǎng)光環(huán)、通信管道、電力通信光環(huán)線路、通信管理、設(shè)備安裝、信息化小區(qū)寬帶用戶接入網(wǎng)、大樓結(jié)構(gòu)化綜合布線等，在通信領(lǐng)域的研究和技術(shù)儲(chǔ)備很強(qiáng)。施工范圍也從原先的金華市擴(kuò)大到浙江、東南沿海，2003年，公司邁出國(guó)門，取得了吉爾吉斯斯坦國(guó)整個(gè)國(guó)家三網(wǎng)工程的牌照：有線廣播電視、信息網(wǎng)絡(luò)和通信網(wǎng)絡(luò)三張牌照，作為走出國(guó)門的代表性企業(yè)受到政府重視。目前，在該國(guó)首都比什凱克市完成了機(jī)房通信設(shè)備安裝和室外線路施工，下一階段要充分利用已經(jīng)獲得三張牌照，充分發(fā)掘該國(guó)的資源，爭(zhēng)取盡快的完成3G、4G的布局。金華郵電工程借助前期在吉爾吉斯斯坦建設(shè)的有線電視網(wǎng)絡(luò)，投資創(chuàng)辦的德隆電視臺(tái)，已成為該國(guó)第二大有線電視頻道運(yùn)營(yíng)商。該電視臺(tái)的收視人群覆蓋吉爾吉斯斯坦總?cè)丝诘?3%，有中、英、俄、維語等頻道，特別增加了CCTV-1、CCTV-4、新疆衛(wèi)視等頻道，主要面向華人及當(dāng)?shù)刂髁魅巳骸Ｊ艿街行康谋頁P(yáng)，在一路一帶發(fā)展中作為一個(gè)民營(yíng)企業(yè)邁出了扎實(shí)的步伐。德隆電視臺(tái)的收視人群覆蓋吉爾吉斯斯坦總?cè)丝诘?3%，充分的將浙江省，中國(guó)的文化輸出到了國(guó)外。德隆電視臺(tái)有中、英、俄、維語等頻道，主要面向華人及當(dāng)?shù)刂髁魅巳?。結(jié)合公司的業(yè)務(wù)發(fā)展，談?wù)勏乱浑A段5G通信的發(fā)展。

2 多天線技術(shù)MIMO

多天線技術(shù)雖然提高了硬件成本，但是在通信中作為提高系統(tǒng)頻譜效率和傳輸可靠性的有效手段，仍然廣泛應(yīng)用于各種無線通信系統(tǒng)，如3G系統(tǒng)、LTE系統(tǒng)、WLAN等。根據(jù)information theory，天線數(shù)量越少，頻譜利用率和可靠性越差，反之天線越多，利用率和可靠性越好。因此，采用大數(shù)量天線，比如大于4的天線數(shù)量，為大幅度提高系統(tǒng)容量提供了一個(gè)有效途徑。但是多天線的缺點(diǎn)也是不可避免，多天線所占空間大、復(fù)雜度高。但由于其巨大的收益， MIMO技術(shù)的研究吸引了研究人員的關(guān)注。

傳統(tǒng)天線傳輸方案在TD-LTE Rel-8版本中，適用于2天線的傳輸模式比較多。主要有：TM2、TM3、TM4。其中，TM2采用SFBC方式，屬于2天線的發(fā)射分集方案。TM3采用Large delay CDD傳輸方案。TM4支持單雙流自適應(yīng)。

近兩年大規(guī)模MIMO技術(shù)成為一個(gè)通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。通過學(xué)術(shù)成果，可以看到各個(gè)研究團(tuán)隊(duì)的研究主要集中在信道模型、信道的估計(jì)、信號(hào)識(shí)別和信號(hào)的檢測(cè)技術(shù)等方面。大規(guī)模MIMO的優(yōu)點(diǎn)有很多。其主要的優(yōu)點(diǎn)有：

①充分利用空間維度資源，空間分辨率大，使得多個(gè)同時(shí)用戶可以在同一時(shí)頻上同時(shí)進(jìn)行通信，從而產(chǎn)生了一個(gè)非常好的特點(diǎn)：不需要增加基站密度和帶寬的條件下大幅度提高頻譜效率。

②波束集中在很窄的范圍，從而降低外在信號(hào)干擾。

③降低發(fā)射功率，提高天線效率。

④當(dāng)天線數(shù)量多到一定的程度的時(shí)候，比如數(shù)量達(dá)到8的時(shí)候，線性預(yù)編碼和線性檢測(cè)趨于最優(yōu)，噪聲和不相關(guān)干擾非常小可以忽略不計(jì)，達(dá)到了最優(yōu)化。

3 多載波技術(shù)

多載波技術(shù)是用多個(gè)載波傳輸高速數(shù)據(jù)信息的技術(shù)。傳統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)傳輸，都是將信息流一次通過一條通道進(jìn)行傳輸，屬于串行傳輸?shù)姆绞健?多載波技術(shù)采用的是并行傳輸方式，它把串行的高速信息流進(jìn)行串并變換，分隔成多個(gè)并行的低速信息流，然后把它們疊加起來進(jìn)行傳輸，這就形成了一個(gè)多載波通信傳輸系統(tǒng)。

OFDM，Orthogonal frequency division multiplexing技術(shù)目前在各類無線通信系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用，但OFDM技術(shù)也存在很多不足之處。為了解決這些問題，有各種方法，比如基于濾波器組的FBMC， filter-bank based multicarrier被認(rèn)為是有效手段。該技術(shù)在20世紀(jì)80年代開始受到關(guān)注，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于圖像處理、圖像識(shí)別、圖像檢測(cè)、信號(hào)處理、信號(hào)分析等諸多領(lǐng)域。

4 全雙工通信技術(shù)

全雙工通信技術(shù)指同時(shí)、同頻進(jìn)行雙向通信。單工通信就是只能從A到B，如廣播。半雙工通信是A到B，B到A都行，但不能同時(shí)進(jìn)行，如對(duì)講機(jī)。全雙工通信是A到B，B到A都行，可以同時(shí)進(jìn)行，如電話。

全雙工通信技術(shù)可提高頻譜利用率到2倍，更加豐富的頻譜使用全雙工技術(shù)逐漸成為研究熱點(diǎn)。但全雙工技術(shù)同時(shí)也有一些困難。最大的困難是嚴(yán)重的自干擾。近年來，研究人員開發(fā)了各類干擾抵消技術(shù)，包括模擬端干擾抵消、混合抵消和數(shù)字端干擾抵消等。通過這些技術(shù)的應(yīng)用，能消除大部分的自干擾。本公司通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在部分條件下達(dá)到了全雙工系統(tǒng)理論容量的92%左右。

5 總結(jié)

按照規(guī)劃，下一代5G通信預(yù)計(jì)在五年之后逐步實(shí)現(xiàn)實(shí)用化，滿足未來互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)飛速增長(zhǎng)的需求。本文對(duì)5G移動(dòng)通信系統(tǒng)若干關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了綜述。

作者簡(jiǎn)介：

丁巖，1981，黑龍江齊齊哈爾人，工程師，學(xué)士學(xué)位，研究方向：電子與信息。