5G無線通信網(wǎng)絡(luò)物理層關(guān)鍵技術(shù)要點

李俊治

摘要：21世紀已經(jīng)是一個信息社會，各個行業(yè)對信息的需求量已經(jīng)越來越大。國與國之間也不斷展開信息之間的較量，而信息的傳播速度以及質(zhì)量離不開無線通信技術(shù)的發(fā)展。第五代無線通信技術(shù)對各國的實質(zhì)性發(fā)展都起到一定的作用。本文將會對5G無線通信網(wǎng)絡(luò)物理層關(guān)鍵技術(shù)，即毫米波通信技術(shù)以及大規(guī)模MIMO技術(shù)進行一定的研究。

關(guān)鍵詞：5G無線通信；物理層技術(shù)；毫米波通信技術(shù)；大規(guī)模MIMO技術(shù)

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）05-0030-01

無線通信技術(shù)的發(fā)展一直影響著人們的生活，從最初的模擬調(diào)制通信技術(shù)到數(shù)字調(diào)制通信技術(shù)，再到2G、3G移動通信時代，直到今天的4G移動通信，無線通信技術(shù)一直不斷發(fā)生著重大的變革。

1 毫米波通信技術(shù)

通信技術(shù)的發(fā)展離不開對頻譜資源的利用，目前對頻譜資源的利用主要集中在300MHz到3GHz的頻段，對毫米波的利用非常有限，毫米波中包含大量的頻譜資源。對毫米波中的頻段資源進行利用也是5G無線通信技術(shù)的重要內(nèi)容。其中，對毫米波的研究內(nèi)容主要包括：路徑損耗、建筑物穿透損耗以及雨衰等。

1.1 路徑損耗

發(fā)射功率的敷設(shè)擴散以及信道對傳輸?shù)挠绊懽饔檬菍?dǎo)致路徑損耗的主要原因。這也是無線通信技術(shù)中不可避免的問題，遇到干擾、噪聲以及其他信號的影響都會造成一定程度的損耗情況，除此之外，信號的自身情況也會造成一定的損耗。研究表明，頻率越高，損耗越嚴重，這就意味著相對于其他波段，毫米波的損耗情況更嚴重，這也是毫米波研究過程中的一個困難。在實際中，在高頻段通過使用大規(guī)模的接受發(fā)射天線，可以對能量進行一定的聚集，獲得較好的增益情況，進而改善毫米波損耗過大的情況。

1.2 建筑物穿透損耗

在對通信技術(shù)進行研究時，發(fā)現(xiàn)當信號通過建筑物時，會發(fā)生一定的損耗，并且這種損耗跟頻率有關(guān)，通常低頻段的信號可以在穿透建筑物時，保留較好的信號強度。毫米波在這方面的損耗要更大些。這就意味著使用毫米波進行信號傳輸時，很可能由于信號損耗過大導(dǎo)致失真，不過目前隨著無線網(wǎng)絡(luò)的不斷普及，可以在室內(nèi)的有效范圍之內(nèi)使用WIFI增加信號強度，保證信號質(zhì)量。

1.3 雨衰

對傳播特性的研究也是毫米波研究的重要內(nèi)容，其中雨衰作為一個重要因素不得不提。雨衰能夠?qū)o線系統(tǒng)的傳播路徑長度進行影響，進而使信號的可靠性下降，這樣就會對高頻段的微波鏈路造成一定的限制。隨著雨量的增大，對毫米波系統(tǒng)的干擾效果會越來越明顯。其中雨滴的作用還會使信號發(fā)生散射，使信號的質(zhì)量嚴重下降。

2 大規(guī)模MIMO技術(shù)

作為5G無線通信網(wǎng)絡(luò)物理層的另外一個關(guān)鍵技術(shù)，大規(guī)模MIMO技術(shù)對于無線通信技術(shù)的發(fā)展具有重要的作用。對該技術(shù)的研究主要會通過對大規(guī)模MIMO技術(shù)的簡單介紹，該技術(shù)的信道狀態(tài)信息的獲取方式以及大規(guī)模MIMO在高頻段的應(yīng)用進行。

2.1 大規(guī)模MIMO簡介

不同于傳統(tǒng)的MIMO技術(shù)，大規(guī)模的MIMO技術(shù)可以降低硬件的復(fù)雜程度、提高信息處理效率以及降低能量損耗，同時還可以降低租賃成本。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及云計算大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的MIMO技術(shù)已經(jīng)面臨淘汰的邊緣。當前對信息的需求量以及信息的處理效率都有了明顯的提升。基于大規(guī)模MIMO的幾大優(yōu)勢如：提高系統(tǒng)容量、降低成本以及增強抗干擾能力，對該項技術(shù)的研究已經(jīng)成為5G無線通信技術(shù)的重要工作。

2.2 信道狀態(tài)信息的獲取

大規(guī)模MIMO技術(shù)盡管具備一定的優(yōu)勢，但在研究過程中依然具有一定的問題出現(xiàn)。隨著天線數(shù)量的不斷增加，基站對信息的接受要保證精確，對信道狀態(tài)信息的獲取就產(chǎn)生了一定的挑戰(zhàn)。通常利用時分雙工，將上行信道和下行信道的信息進行交互完成對信息的接受。不同于頻分雙工，時分雙工可以對信道的開銷進行有效降低，省去建立反饋的麻煩，可以保證基站中天線數(shù)量不受限制。只是這種方式在高速移動的環(huán)境下對信號的質(zhì)量難以保證。通過上行訓(xùn)練，不同區(qū)域的用戶同時通過導(dǎo)頻向基站發(fā)送信號時，會造成一定的混亂現(xiàn)象，導(dǎo)致導(dǎo)頻污染。

2.3 大規(guī)模MIMO在高頻段的應(yīng)用

大規(guī)模MIMO技術(shù)會使用大量的基站天線設(shè)備，這將會對系統(tǒng)的設(shè)備處理能力以及相應(yīng)的布局和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)工作帶來一定的挑戰(zhàn)。對天線形態(tài)的不斷調(diào)整會不斷降低工程的難度系數(shù)，這也是大規(guī)模MIMO技術(shù)的重要發(fā)展方向。不過在大型收發(fā)信號的能量損耗以及接受天線端的模擬數(shù)字信號轉(zhuǎn)換上還會有一定的問題，仍然值得技術(shù)人員加強重視。

3 結(jié)語

綜上所述，無線通信技術(shù)不斷改善著人們的生活方式，為大家的生活帶來更多的便利條件。5G無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展相信會為整個社會帶來全新的面貌。本文通過對其物理層重點技術(shù)的介紹，可以看出毫米波技術(shù)以及大規(guī)模MIMO技術(shù)將會是5G無線通信技術(shù)的重要技術(shù)。只是當前的研究依然存在一定的問題，要想保證新的無線通信技術(shù)可以更好的為社會服務(wù)，還應(yīng)該對相關(guān)技術(shù)的研究不斷加強，并通過不斷試驗工作，改善技術(shù)水平。

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