5G無線通信通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)分析

彭翔

摘要：5G無線通信是未來移動通信系統(tǒng)一個新的發(fā)展方向，當前這種技術(shù)還不是很成熟，處于探索和研發(fā)階段。筆者在對5G無線通信技術(shù)系統(tǒng)進行簡要介紹的基礎(chǔ)之上，重點針對了5G無線通信系統(tǒng)的大規(guī)模MIMO 技術(shù)、超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和全雙工技術(shù)進行論述。

關(guān)鍵詞：5G無線通信大規(guī)模MIMO 技術(shù)全雙工技術(shù)超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)

引言：

經(jīng)過了幾十年的發(fā)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(fā)展的新時代，由于移動終端越來越普及，使得多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求量極具增長?？梢灶A(yù)測到，移動通信網(wǎng)絡(luò)將在2020年增長1000倍的容量和100倍的連接數(shù)，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(xiàn)。因此，對5G無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究就顯得格外重要。鑒于此，筆者希望本文的論述能夠?qū)?G無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究起到拋磚引玉的作用。

一、5G無線通信系統(tǒng)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(jié)合將貴構(gòu)成一個全新的無線移動通信網(wǎng)絡(luò)促進其進一步擴展。當前國內(nèi)外對5G無線通信技術(shù)的研究已經(jīng)進入到了深入時期，如2013年歐盟建立的5G研研發(fā)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(shù)論壇以及我國的813計劃研發(fā)工程的啟動。

由此可以看出5G無線通信是移動互聯(lián)網(wǎng)在外來發(fā)展的最為重要的驅(qū)動力，將對移動互聯(lián)網(wǎng)作為未來新興業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)平臺起到了重要的推動作用。而當前在互聯(lián)網(wǎng)進行的各種業(yè)務(wù)大多都是通過無線傳播的方式進行，而5G技術(shù)對這種傳輸?shù)男屎蛡鬏斮|(zhì)量提出了更高的要求。而將5G通信系統(tǒng)和其它通信系統(tǒng)進行有效的結(jié)合以及無縫的對接是5G無線通信技術(shù)研究的主要方向和目標。因此，在5G無線蓬勃發(fā)展的今天，其技術(shù)的發(fā)展主要呈現(xiàn)出以下特點：

首先，5G通信技術(shù)系統(tǒng)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(xiàn)。

其次，5G無線通信系統(tǒng)以多點和多用戶協(xié)作的網(wǎng)絡(luò)組織是其與與其它通信系統(tǒng)相比最為明顯的特點和優(yōu)勢，這種網(wǎng)絡(luò)組織系統(tǒng)使得系統(tǒng)整體的性能得到了極大的提升。

再次，5G無線通信系統(tǒng)和其它通信系統(tǒng)相比應(yīng)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(jié)合是系統(tǒng)采取的最為普遍的組成形式。

二、5G無線通信通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

（一）大規(guī)模MIMO 技術(shù)

1技術(shù)分析

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)，這種技術(shù)能夠有效的提升通信系統(tǒng)的頻譜效率，例如，3G系統(tǒng)、LTE、LTE-A、WLAN 等.頻譜效率是隨著天線數(shù)量的增多而效率隨之提高。MIMO信道容量的增加和收發(fā)天線的數(shù)量呈現(xiàn)出近似線性的關(guān)系，因此在5G無線系統(tǒng)內(nèi)采取較多數(shù)量的天線是為了有效的提高系統(tǒng)容量。但是當前系統(tǒng)收發(fā)終端配備的收發(fā)天線數(shù)量不多，這是由于天線數(shù)量的增多使得系統(tǒng)的空間容量會被壓縮，并且多數(shù)量天線技術(shù)復(fù)雜所造成的。

但是，大規(guī)模MIMO 技術(shù)的優(yōu)勢還是非常明顯的，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：首先，大規(guī)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(guī)模MIMO的基站平臺上實現(xiàn)同一頻率資源的同時通信，因此，使得能夠?qū)崿F(xiàn)小規(guī)模數(shù)量基站的前提下高頻譜的信息傳輸。其次，大規(guī)模 MIMO抗干擾性能強，這是由于其能夠?qū)⒉ㄊM行集中。再次，能夠極大程度的降低發(fā)射功率，提高發(fā)射效率。

2我國的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀

我國對大規(guī)模MIMO 技術(shù)的研究主要是集中在信道模、信道容量以及傳輸技術(shù)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(tǒng)，用戶數(shù)量少于基站數(shù)量使得導(dǎo)頻數(shù)和用戶數(shù)呈現(xiàn)出線性增長的關(guān)系。除此之外采用矩陣運算等非常復(fù)雜的運算技術(shù)來進行信號檢測和信息編碼。因此，我國要充分挖掘MIMO 技術(shù)的內(nèi)在優(yōu)勢，結(jié)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(diào)配方法等方面應(yīng)當進行更多的有效分析和研究。

（二）全雙工技術(shù)

所謂全雙工技術(shù)就是指信息的同時傳輸和同頻率傳輸?shù)囊环N通信技術(shù)。由于無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)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(xiàn)多頻率的信息的信息傳輸，從而改變了一般通信系統(tǒng)不能夠?qū)崿F(xiàn)同頻率和雙向傳輸?shù)募夹g(shù)現(xiàn)狀，因此這種技術(shù)已經(jīng)成為無線通信技術(shù)當前研究的一個重要的關(guān)鍵點。這種技術(shù)應(yīng)用在5G無線通信系統(tǒng)中能夠?qū)崿F(xiàn)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(tǒng)由于接受信號的終端和發(fā)射信號的終端頻率之間存在著較大的差異，使得其產(chǎn)生自干擾的現(xiàn)象比較突出，是5G無線通信技術(shù)發(fā)展的一個主要瓶頸，因此，全雙工技術(shù)在5G無線通信系統(tǒng)內(nèi)有效的應(yīng)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(shù)字端干擾抵消等各種新的干擾技術(shù)的發(fā)展以及這些技術(shù)的有效結(jié)合使得極大多數(shù)信號之間的自干擾現(xiàn)象都基本上得到了有效的抵消。

（三）超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

5G無線通信通信系統(tǒng)不僅包括無線傳輸技術(shù)，而且也包括后續(xù)演化的無線接入技術(shù)，因此，5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)就是各種無線接入技術(shù)，例如，5G，4G，LTE， UMTS （universal mobile telecommunications system）以及wireless fidelity等技術(shù)共同組成的通信系統(tǒng)，在系統(tǒng)內(nèi)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(gòu)網(wǎng)絡(luò)。在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)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(jié)點的類型也比較多使得網(wǎng)絡(luò)拓撲變得相當復(fù)雜。并且由于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)基站的密集程度較高，因此其網(wǎng)絡(luò)節(jié)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(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)容量等方面比一般通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)更為優(yōu)良。

雖然這種技術(shù)應(yīng)用于5G無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)中有著非常良好的發(fā)展前景，但是也存在著一些缺陷，這種缺陷主要表現(xiàn)在以下幾個方面：首先，由于節(jié)點之間比較密集使得節(jié)點之間的距離相應(yīng)就比較短，這樣就會造成系統(tǒng)內(nèi)會存在同種無線接入技術(shù)之間的同頻干擾的現(xiàn)象以及不同無線接入技術(shù)在共享頻譜之間分層干擾的現(xiàn)象，這種問題的解決有賴于對5G無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進一步的深入研究。其次，由于系統(tǒng)內(nèi)存在著大量的用戶部署的節(jié)點，使得拓撲以及干擾圖樣呈現(xiàn)出范圍較大的動態(tài)變化。因此，要加強應(yīng)對這種動態(tài)變化的相關(guān)技術(shù)的研究。

結(jié)束語

5G無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建立是建立在現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進步以及新的無線接入技術(shù)的研發(fā)的基礎(chǔ)之上，通過5G無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進一步發(fā)展，將會在未來極大的拓展移動通信業(yè)務(wù)的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用范圍。

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