新時期視角下5G無線通信技術(shù)發(fā)展分析

葉 聰

（南京信息工程大學(xué)，江蘇 南京 210000）

1 研究新時期視角下5G無線通信技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)實意義

科學(xué)技術(shù)的不斷向前發(fā)展帶動社會各種生產(chǎn)力的提升，進而全面提高了人們的日常生活質(zhì)量，而且經(jīng)濟規(guī)模的不斷擴張促進了科學(xué)技術(shù)的快速革新，形成一種良性發(fā)展循環(huán)狀態(tài)[1-4]。當(dāng)前我國通信技術(shù)不斷向前發(fā)展，是實現(xiàn)我國社會經(jīng)濟穩(wěn)定提升的重要保障基礎(chǔ)，同時也為人們的日常生活與通信帶來了諸多便利。我國在通信技術(shù)方面投入了大量的人力、物力以及財力，并且在近幾年的發(fā)展過程中，無線通信技術(shù)取得了令人矚目的成就。現(xiàn)階段，我國正在逐步進入5G通信時代并且長期演進（Long Term Evolution，LTE）技術(shù)也正式被應(yīng)用到商業(yè)發(fā)展領(lǐng)域中，無線移動通信技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)逐漸達到了世界一流的發(fā)展水平。與此同時，5G技術(shù)的大規(guī)模推廣和應(yīng)用為人們的日常生活與工作帶來了諸多便利，改變了人們的生活方式，提高了人們的生活質(zhì)量[5]。

5G技術(shù)是現(xiàn)階段世界各大強國之間相互競爭的重要技術(shù)領(lǐng)地，各個國家想要在5G技術(shù)時代來臨之前搶奪各種發(fā)展先機，5G時代的布局和推廣工作直接影響到世界通信技術(shù)的未來發(fā)展方向。整體而言，我國在通信技術(shù)的發(fā)展層次上相比于幾十年前有了跨越式的進展，并且在一些無線通信技術(shù)的應(yīng)用方面達到了世界領(lǐng)先水平，但是整體而言，和世界上一些發(fā)達國家相比，我國在無線通信技術(shù)的積累工作方面仍然需要進一步提升。如何在新時期發(fā)展背景下推進5G無線通信技術(shù)的更深層次發(fā)展具有非常重要的現(xiàn)實意義，要不斷縮短和世界各大強國之間的技術(shù)差距，從而帶動我國社會經(jīng)濟的快速增長[6]。

2 新時期視角下5G無線通信技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

我國5G技術(shù)的研究工作主要是以華為科技和中國移動作為領(lǐng)跑者，國外5G技術(shù)的研究中，英國的薩里大學(xué)與三星電子作出的貢獻較大。當(dāng)前，我國在5G技術(shù)研究工作方面已經(jīng)取得了明顯的成績，新時期發(fā)展視角下5G無線通信技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀主要包含以下幾個方面。

2.1 高頻傳輸通信技術(shù)

隨著我國互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷革新和優(yōu)化，我國網(wǎng)絡(luò)用戶整體呈現(xiàn)指數(shù)增長，用戶方面對于信息傳輸效率和質(zhì)量提出了更高的要求與標(biāo)準(zhǔn)。例如，隨著網(wǎng)絡(luò)用戶的不斷增加，現(xiàn)有的信息傳輸網(wǎng)絡(luò)在信息傳輸效率和穩(wěn)定性方面需要得到進一步提升，通過5G高頻傳輸通信技術(shù)的應(yīng)用可以改善傳統(tǒng)無線通信技術(shù)存在的欠缺和不足。有效應(yīng)用5G無線通信技術(shù)可以很大程度上優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)用戶的使用體驗，但是該項技術(shù)在現(xiàn)階段的使用過程中仍然存在一定的問題，如數(shù)據(jù)傳輸過程中的波動相對較大、信息傳輸成本較高等，這些問題需要引起相關(guān)研究工作人員的充分重視[7]。

2.2 密集網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)

無線通信技術(shù)與人們的日常生活與生產(chǎn)活動之間有著密切的關(guān)聯(lián)，5G技術(shù)的快速向前發(fā)展可以有效解決無線信息傳輸過程中存在的各種問題。例如，不同地區(qū)人口數(shù)量不同，對于信息傳輸工作需求也有所差異，無線通信網(wǎng)絡(luò)在實際使用過程中需要根據(jù)不同的信息傳輸要求和標(biāo)準(zhǔn)提供必要的技術(shù)支撐與保障，以免產(chǎn)生信息傳輸需求量過高，無法滿足信息傳輸效率和穩(wěn)定性要求。密集網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的合理應(yīng)用可以有效解決這一問題所產(chǎn)生的影響，對于低需求地區(qū)需要建立起低功率信息傳輸節(jié)點，有效提高熱點區(qū)域信息傳輸效率和穩(wěn)定性。通過密集網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的應(yīng)用可以有效解決不同地區(qū)信息傳輸量和傳輸穩(wěn)定性的要求與標(biāo)準(zhǔn)，盡管該項技術(shù)在實際使用過程中仍然存在一定的問題，但是隨著后續(xù)的技術(shù)革新和優(yōu)化將會全面提高信息傳輸效率及穩(wěn)定性[8]。

3 關(guān)于新時期視角下5G無線通信技術(shù)問題的應(yīng)對方案

3.1 更多頻譜

3.1.1 高頻段信號傳輸和關(guān)鍵技術(shù)

在5G無線通信技術(shù)的研究和使用工作過程中，高頻段信號傳輸技術(shù)是其中非常關(guān)鍵的技術(shù)組成部分，同時也是該項技術(shù)未來研究和發(fā)展的重要方向。現(xiàn)階段，隨著5G無線通信技術(shù)的研究程度不斷提升，已經(jīng)有研究工作單位對于5G無線通信技術(shù)展開了高頻段信息傳輸和測試研究工作，并且取得了相對比較明顯的研究工作成果。高頻傳輸通信技術(shù)在5G無線通信技術(shù)研究工作中的有效應(yīng)用可以充分實現(xiàn)無線通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息的高效率傳輸，保證信息傳輸工作的穩(wěn)定性。在高頻段信號傳輸技術(shù)的研究和使用工作過程中，仍然存在一定的問題和不足，主要包含高頻段信號傳輸過程中容易受到吸收損耗等問題的影響，并且還存在信號頻段設(shè)置過高等問題，會造成無線通信工作過程中電磁波路徑出現(xiàn)較高的損耗，使得數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性下降[9]。高頻段信號傳輸過程如圖1所示。

圖1 高頻段信號傳輸

3.1.2 靈活頻譜共享技術(shù)

靈活頻譜共享技術(shù)在使用過程中主要是基于5G技術(shù)的物理層設(shè)計為基礎(chǔ)，屬于4G和5G技術(shù)之間的動態(tài)頻譜共享基礎(chǔ)。在相同的子載波間隔與相似的結(jié)構(gòu)條件下，4G和5G之間的動態(tài)頻譜可以實現(xiàn)靈活共享。例如，在人們的日常生活中，比較常用的手機運用導(dǎo)頻信號來建立起公共信號傳輸網(wǎng)絡(luò)，并且靈活地與5G網(wǎng)絡(luò)通信之間實現(xiàn)同步工作。頻譜共享技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)導(dǎo)頻和同步信號之間的有效對接，對于手機進入網(wǎng)絡(luò)并與網(wǎng)絡(luò)保持通信工作之間有著至關(guān)重要的作用。其本質(zhì)意義主要在于調(diào)度用戶，以此來保證用于同步和下行鏈路測量的參考信號在信息傳輸工作過程中不會出現(xiàn)嚴重的沖突，并且也不會對LTE用戶的信息通信造成嚴重的影響。

3.2 更高頻譜效率

3.2.1 非正交多址接入技術(shù)

非正交多址接入技術(shù)和傳統(tǒng)的正交傳輸技術(shù)之間存在一定的差異性，在信息傳輸過程中，主要是在發(fā)送端使用非正交發(fā)送方式主動引入干擾信息，同時在接收端通過串行干擾刪除技術(shù)實現(xiàn)正確的調(diào)節(jié)。非正交傳輸過程中，基本工作模式主要是使用復(fù)雜的接收機設(shè)計有效換取更高的頻譜效率。隨著芯片處理能力的不斷提升，將使得非正交傳輸技術(shù)在實際系統(tǒng)中的應(yīng)用成為可能。

非正交多址接入技術(shù)中主要包含串行干擾刪除技術(shù)和功率復(fù)用技術(shù)等。（1）串行干擾刪除技術(shù)。在信息的發(fā)送端通過引入干擾信息可以有效獲取更高的頻譜傳輸工作效率，但是在信息傳輸工作過程中，同樣也會受到多址問題的干擾，對于消除多址干擾問題在經(jīng)過第3代移動通信系統(tǒng)的研究工作已經(jīng)取得了很多的工作成果，串行干擾刪除技術(shù)是其中比較重要的技術(shù)方法之一。在系統(tǒng)接收端通過使用標(biāo)準(zhǔn)接口連接（Standard Interface Connector，SIC）接收機設(shè)備可以實現(xiàn)多用戶信息傳輸檢測，串行干擾消除技術(shù)的基本思想主要是使用逐級消除干擾工作策略，在接收信號中準(zhǔn)確判斷各個用戶信息，并且將用戶信號產(chǎn)生的多址干擾信息從最終的接收信號中去除，然后再對剩下的用戶實施二次信息判斷，如此循環(huán)操作直到消除所有的多址干擾問題[10]。（2）功率復(fù)用技術(shù)。在接收端消除多址干擾之后，需要在接收信號內(nèi)部對用戶實施信號判決，有效消除干擾用戶信息傳輸?shù)南群箜樞颍袥Q工作的主要依據(jù)是用戶信號功率大小不同的基站。在信息發(fā)送端會針對不同的用戶分配不同的功能信號，以此來有效獲取系統(tǒng)信號傳輸工作的最大性能增益，同時可以達到區(qū)分用戶的作用和效果。

3.2.2 電磁渦旋無線傳輸技術(shù)

電磁渦旋無線傳輸技術(shù)主要是利用電磁波所具備的多維度特點，可以有效提高無線頻譜的使用工作效率。其中比較常用的電磁波維度特征量主要包含頻率、時間、空間以及偏振，所對應(yīng)的信號復(fù)用方法主要包含頻分復(fù)用、時分復(fù)用、空分復(fù)用以及極化復(fù)用等。電磁渦旋無線傳輸技術(shù)還利用了電磁波軌道角動量的傳輸特性將電磁波束進行扭曲與纏繞，并且通過不同波束扭曲角度的差異性，全面實現(xiàn)電磁波在不同軌道角動量上的復(fù)用效果，以此可以有效提高無線信道的容量大小，提高信息傳輸工作的效率和穩(wěn)定性。

3.3 更多基站

3.3.1 大規(guī)模天線技術(shù)

隨著通信產(chǎn)業(yè)的不斷向前發(fā)展，頻譜資源總量日漸稀少，如何全面提高頻譜使用率成為我國5G通信技術(shù)未來發(fā)展的重要研究問題。在此發(fā)展背景下，基于大規(guī)模天線技術(shù)的應(yīng)用可以對這一問題進行合理解決。通過使用大規(guī)模天線技術(shù)可以帶來更大的陣列效益和干擾抑制效果，可以使頻譜效率和邊緣用戶頻譜效率得到全面提升。不但如此，大規(guī)模天線技術(shù)的應(yīng)用還可以全面實現(xiàn)對空間位置的合理劃分，通過使用空分多址同時對多個用戶進行服務(wù)。當(dāng)前在5G通信技術(shù)的發(fā)展過程中，已經(jīng)正式推出關(guān)于大規(guī)模天線技術(shù)的增強與改進工作方法，有效滿足不同區(qū)域?qū)τ谛畔鬏斎萘恳约百Y源下載速率增長的要求和標(biāo)準(zhǔn)，但是基于5G通信系統(tǒng)條件，基站下行最大只能同步支撐8根發(fā)送天線，對于性能的提升仍然比較有限。在未來的5G技術(shù)發(fā)展過程中，通過引入有源天線技術(shù)可以充分實現(xiàn)各基站達到3D波速成型效果，可以進一步提高系統(tǒng)信息傳輸容量，有效滿足日益增長的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)要求和標(biāo)準(zhǔn)。

3.3.2 超密集組網(wǎng)技術(shù)

為了有效應(yīng)對未來可持續(xù)增長的業(yè)務(wù)發(fā)展工作要求，通過使用超密集組網(wǎng)技術(shù)方法將成為5G提升網(wǎng)絡(luò)整體性能的關(guān)鍵方式之一。通過在網(wǎng)絡(luò)中有效引入更多低功率的信號傳輸節(jié)點，可以全面實現(xiàn)增強熱點、消除盲點、改善網(wǎng)絡(luò)覆蓋面以及提高系統(tǒng)容量等多種功能和效果，但是隨著信號傳輸密度的不斷增加，整個網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)也會變得越來越復(fù)雜，在5G通信工作過程中經(jīng)常會受到外部環(huán)境干擾的影響，因此對于超密集組網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用而言，必須要有效提高信息通信網(wǎng)絡(luò)的抗干擾性能，特別是提高一些邊緣用戶的信息傳輸穩(wěn)定性。通過超密集組網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用可以有效提高網(wǎng)絡(luò)信息傳輸?shù)撵`活性，降低信息傳輸工作過程中的外部環(huán)境干擾，同時可以為更加靈活的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)提供有效保障。

4 結(jié) 論

通過對5G技術(shù)的進一步開發(fā)和應(yīng)用，其將會在我國各大社會產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮出關(guān)鍵性的作用和優(yōu)勢。現(xiàn)階段，我國很多地區(qū)已經(jīng)正式開始使用5G技術(shù)，并且在各大產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用效果比較明顯，但是其中的一些核心內(nèi)容仍然需要進行進一步的革新和優(yōu)化，從而為推動我國通信行業(yè)以及整個社會經(jīng)濟的快速發(fā)展提供有力保障。