5G無線通信技術發展研究

周巖

摘 要：目前，5G已成為無線通信技術的熱點研究內容，其甚至被認為是現代最具應用前景的技術，可滿足用戶對移動無線技術的使用需要。另外，我國政府十分重視無線通信技術的研發，并加大了在技術跟蹤與預研上的投入。據此背景，筆者結合工作經驗，淺析5G無線通信技術的發展。

關鍵詞：5G；無線通信；關鍵技術

5G無線通信技術是第五代移動網絡通用技術，其是一種以用戶為中心及以云計算、NFV、SDN等為技術支撐的新型網絡，具有數據傳輸速率快、兼容性好及電池使用壽命長等優點，從而為現代社會活動的開展提供了方便。通過梳理分析，筆者分別從如下方面淺析5G無線通信技術的關鍵技術：

1 多天線傳輸技術

為了適應未來通信技術的發展，急需提高頻譜資源的利用率，比如LSAS、MIMO技術等便是在這種背景下提出的。其中，LSAS技術的應用可提高小區及邊緣用戶的頻譜效率，同時可通過劃分空間位置及利用空分多址來為多個用戶提供服務。在LTE、LTE-Advanced中，目前推出的對MIMO的增強性改進可滿足小區容量及下載速率的要求，但LTE-Advanced的基站下行至多僅能支持八根發送天線，這將嚴重制約技術性能的提高。對此，在未來的5G無線通信中，AAS技術的引入將更易實現大規模MIMO在小區基站上的部署，從而有助于3D波束形成的實現、系統容量的增加及滿足用戶對數據業務的需要。與LTE基站所用的多天線相比，5G參照軍用相控陣雷達來設計天線可提升空間的自由度，而基于這一思路的LSAS技術支持將天線同時設在垂直和水平方向上，如此不僅可以增加波束在垂直方向上的維度，還可以提高不同用戶的隔離。另外，將有源天線技術引入其中將提升天線的性能及降低耦合對天線造成的能耗損失，從而有助于推動LSAS技術向商業化方向發展。總之，LSAS技術的應用有助于提升單用戶、多用戶的MIMO性能及系統的容量。

2 高頻傳輸技術

為了滿足5G技術對傳輸帶寬的需要，急需將射頻器件的工作頻率調整到更佳的狀態上。在這一背景下，未來的5G技術應向以毫米波頻段為代表的高頻段擴展，以滿足在短距離實現高速傳輸的要求。目前，世界上大的通信企業都積極致力于相關的研究工作，且研究也證實了將高頻段應用在移動通信的特定環境中具有可行性。但在電磁傳播特性的影響下，高頻傳輸的實現仍困難重重，且在空氣的吸收作用下，電磁波的路徑損耗將隨頻段的升高而增大。另外，高頻段主要沿直射路徑傳輸及其繞射能力極差，因此一旦基站到用戶的直視路徑受阻時，便會使其傳輸性能下降，外加高頻段器件的工藝尚不成熟，這些都將在一定程度上阻礙高頻段通信的實現。因此，在未來5G技術的發展中，應重視對高頻傳輸技術的研究和攻關。

3 密集網絡技術

為了滿足未來數據業務激增的需要，通過加密小區部署將有助于提升5G網絡的總體性能，即通過將更多低功率的節點引入網絡中，可增強熱點、消除盲點、擴大網絡覆蓋及提升系統的容量。但小區密度的增大會增加整個網絡拓撲結構的復雜程度，從而加劇了其中存在的干擾問題，因此密集網絡技術應以干擾管理及網絡抗干擾性能為研究重點，尤其是如何提升邊緣用戶的性能。密集小區技術的應用使得網絡變得更加的靈活，如此根據用戶的季節性及臨時性需求，便可實現新小區的快速部署。據此，未來的網絡架構將以“臨時微蜂窩+長期微蜂窩+宏蜂窩”為主，且這一結構的應用將有助于實現靈活性更高的5G網絡。另外，增加小區密度可提升網絡容量及無線資源的利用率。據仿真結果顯示，宏小區200戶用戶數僅可使微蜂窩的滲透率上升20%，如此從理論上來講，便可使小區容量提升1000倍，且這一性能與用戶數量呈正相關。5G的服務區域以人口密集的城市中心等區域為主，因此密集小區技術的應用將極大地促進5G的發展。但在密集小區技術的應用中，小區間的干擾將在一定程度上阻礙5G的發展。針對這一問題，主要的解決辦法如下：一是采用基于功率域、頻域和時域的干擾協調機制；二是采用eICIC技術，其中包括網絡側的小區檢測與干擾消除技術、CRS抵消技術等。實踐證實，在不同的自由度上，eICIC技術的應用可通過調度來實現互相干擾的信號相互正交，繼而消除干擾。另外，干擾消除與對齊技術、認知技術等的引入將在一定程度上加強對干擾的管理。總之，密集網絡技術在5G中的應用前景非常可觀。

4 新型網絡架構

未來5G的發展將形成“Wi-Fi+蜂窩”的新型網絡架構，具體可利用非授權頻段來分流業務，同時移動通信的業務量與基站的業務量、計算量呈正相關，因此D2D網絡的提出便是為了減輕基站的壓力及加快傳輸速度。目前，在LTE Rel-13中，D2D技術的應用將使其成為未來5G的關鍵技術。D2D技術是指通過復用小區資源實現終端間的直接通信，因此這種直接交換數據或提供服務的形式將有助于降低蜂窩網絡的負擔、增強基礎設施的魯棒性、提高比特速率及降低移動終端電池的功率。但將D2D通信系統與蜂窩通信系統融為一體時，D2D輔助通信系統資源的調度難度將隨之增加。

5 結語

在未來的發展中，5G無線通信技術無疑會成為通信設備廠商與運營商的重要競爭力，但當前，這一技術尚處在起步階段，仍存在諸多問題亟待攻克。因此，在5G無線通信技術的研究中，應重視對這一技術的提前研究及跟蹤，以提升其對我國通信行業的影響力。

參考文獻

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（作者單位：深圳市都信建設監理有限公司）