5G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)蜂窩結(jié)構(gòu)體系和關(guān)鍵技術(shù)

鄒俊飛+何飛

【摘要】 隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，4G的商用范圍逐漸擴(kuò)大。目前各國(guó)都在對(duì)5G技術(shù)進(jìn)行專研探究，并獲得了一些顯著的成果，本文就對(duì)5G移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行探究分析，期待我國(guó)的5G技術(shù)蓬勃發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】 移動(dòng)通信 5G關(guān)鍵技術(shù) 發(fā)展趨勢(shì)

一、引言

我們都知道4G已經(jīng)發(fā)展很迅猛，在很多國(guó)家和地區(qū)已經(jīng)大面積覆蓋了?，F(xiàn)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(dòng)網(wǎng)絡(luò)速度。因此這些年移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)以及智能設(shè)備發(fā)展迅猛[1]。有關(guān)機(jī)構(gòu)指出，近十年內(nèi)將會(huì)有近7萬(wàn)億部無(wú)線設(shè)備用于服務(wù)人類，遠(yuǎn)大于人類的人口數(shù)目。因此爆炸發(fā)展的無(wú)線設(shè)備給如今的移動(dòng)通信發(fā)展帶來了挑戰(zhàn)。

二、5G無(wú)線蜂窩技術(shù)

充斥著種種挑戰(zhàn)，然而對(duì)于速度追求的5G必須迎頭而上，我們需要對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。眾所周知，大部分的用戶在使用無(wú)線設(shè)備的時(shí)候是處于室內(nèi)的。通常使用的蜂窩一般多用于在區(qū)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(nèi)用戶使用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的話，必須接收室外的基站發(fā)射的信號(hào)，因此厚重的墻壁會(huì)給信號(hào)帶來阻礙以及損耗等問題[2]。5G的設(shè)計(jì)思想是“偽基站”，類似于我們平時(shí)使用的WI-FI，這樣在室內(nèi)與室外都布置有這樣的小基站，因此避免了信號(hào)穿墻所帶來的損耗。對(duì)于室外的使用，通常使用多天線技術(shù)以及分布式天線技術(shù)。布置于外部的基站是由各種天線陣列構(gòu)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(shí)候，用戶所持有的設(shè)備天線數(shù)目是有限的，然而天線與天線之間的溝通合作，嫩通過該構(gòu)成一個(gè)天線網(wǎng)絡(luò)，與真實(shí)的MIMO構(gòu)成通信鏈路。室內(nèi)用戶通過在室內(nèi)有個(gè)與室外天線相連的接入點(diǎn)來接入網(wǎng)絡(luò)。這樣的處理方式是需要很高的建設(shè)成本的，但是仍然會(huì)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(nèi)的使用者可以連接到室內(nèi)的接入點(diǎn)上，因此如此近距離和無(wú)阻礙的通信方式帶來了很多可以用到底技術(shù)。比如WIFI、藍(lán)牙、以及更寬的使用帶寬[4]。設(shè)想到更多的使用場(chǎng)景，為了使用戶得到更好的服務(wù)，比如在高鐵等高速移動(dòng)的交通設(shè)備上。也有相關(guān)的技術(shù)去支持，比如：MFemtocell。該技術(shù)是在車的內(nèi)部直接與用戶進(jìn)行連接，車內(nèi)部的連接點(diǎn)再與外部的基站進(jìn)行鏈路連接。該技術(shù)的特點(diǎn)是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，一個(gè)用戶被做為一個(gè)與外部基站通信的鏈路來對(duì)待。

三、5G關(guān)鍵技術(shù)

1、大規(guī)模MIMO。多天線技術(shù)由于有很多個(gè)天線鏈路所構(gòu)成，因此該技術(shù)所涉及到的元件是十分多的，因?yàn)榕涮椎慕邮蘸桶l(fā)射機(jī)都要有多個(gè)來配套。對(duì)于接收而言，接收到天線可以比較方便的布置在設(shè)備上，而發(fā)射天線需要是集中或者是分布排列的。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)具有除去本身MIMO的優(yōu)點(diǎn)之外的其他優(yōu)點(diǎn)：能夠比MIMO更進(jìn)一步提高頻譜利用率以及降低了能源消耗。對(duì)于解決小區(qū)的干擾、噪聲、以及損耗和掉線問題，可以通過比較簡(jiǎn)單的手段去處理。

2、空間調(diào)制（SM）。所謂的空間調(diào)制，其實(shí)就是將每個(gè)數(shù)據(jù)編碼對(duì)應(yīng)于它所需要的天線位置，通過多個(gè)天線進(jìn)行合成發(fā)送。通過這個(gè)技術(shù)，構(gòu)成了天線的陣列星座圖，相對(duì)于通常所使用到的信號(hào)星座圖技術(shù)來說，可以提高傳輸速率。這種技術(shù)雖說是由多個(gè)天線構(gòu)成的，然而在使用的時(shí)候只用到了一個(gè)天線，其他的天線處于待命狀態(tài)。每個(gè)信息是被分成兩個(gè)字節(jié)的，涉及到發(fā)射天線的數(shù)量以及天線陣列信號(hào)星座圖的大小，由第一個(gè)字節(jié)去判斷是哪一個(gè)發(fā)射天線在工作，另外一個(gè)字節(jié)是把天線陣列信號(hào)星座圖的信息通過天線進(jìn)行發(fā)送。所以說，空間調(diào)制技術(shù)是一個(gè)SSK的振幅和相位的調(diào)制技術(shù)[5]。1.空間調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)。比傳統(tǒng)的MIMO技術(shù)先進(jìn)的地方在于，這個(gè)技術(shù)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(gè)通信鏈路的問題。2.空間調(diào)制的發(fā)展方向。因?yàn)榧夹g(shù)的發(fā)展，和天線數(shù)量和通信鏈路的增加系統(tǒng)的復(fù)雜度是十分大的。那么，如果想要降低系統(tǒng)的復(fù)雜度，必須要犧牲系統(tǒng)的性能做為代價(jià)。

3、認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)。認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)是如今發(fā)展最好、最熱點(diǎn)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(shí)間，很多頻譜資源沒有被利用起來，因此該技術(shù)獲得研究與應(yīng)用。通過應(yīng)用認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)，在一定的外部條件下，是得主系統(tǒng)和二級(jí)系統(tǒng)進(jìn)行交互和共享。CR網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該意識(shí)到周圍的無(wú)線環(huán)境，并調(diào)節(jié)其相應(yīng)傳輸。在無(wú)干擾的CR情況下：如果某用戶沒有在使用該頻段的時(shí)候，這個(gè)頻段是個(gè)可被使用的。認(rèn)知無(wú)線電應(yīng)用的關(guān)鍵點(diǎn)，在于我們?cè)鯓硬拍塬@得用戶沒有使用到的頻譜資源。該技術(shù)應(yīng)用頻率監(jiān)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(fā)射機(jī)，那么天線就會(huì)使用這類資源了。

結(jié)論：通過前面的內(nèi)容，我們闡述了5G所遇到的問題以及挑戰(zhàn)，談到了5G研發(fā)的熱點(diǎn)與方向，空間調(diào)制和認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)以及MIMO是5G的關(guān)鍵性技術(shù)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] LTE關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用研究[J]. 李得鵬. 通訊世界. 2017（03）

[2] 淺談移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)狀及其趨勢(shì)[J]. 朱斌.中國(guó)新通信. 2015（23）

[3] 新一代移動(dòng)通信及其應(yīng)用[J]. 楊維，朱剛，談?wù)褫x，李承恕. 鐵道學(xué)報(bào). 2004（05）