探究5G通信大規模天線無線傳輸技術

周 民 ，胡廣強

（1中國鐵塔股份有限公司漢中市分公司 陜西 漢中 723000）

（2四川通信科研規劃設計有限責任公司 四川 成都 610094）

1 引言

科技的進步推動了通信技術的快速發展，無線數據通信業務量呈現出爆炸式的增長趨勢。與4G通信技術相比，5G通信技術在信號傳輸速度和傳輸質量方面具有絕對的優勢，因而受到了社會各界廣泛的重視。為了促進5G通信技術的發展，提高其應用水平，需要通過對原先4G通信技術的優化升級，提升通信網絡的安全性、效率和質量。此外，為了提高5G通信技術的應用價值，還需要不斷優化頻譜效率，降低系統能耗。因此，通過大規模天線無線傳輸的研究，來提升通信網絡的吞吐率和可靠性，具有重要的現實意義。

2 大規模天線概述

大規模MIMO天線的理論基礎主要為以下兩方面。

（1）當用戶側天線數少于基站側天線數時，基站通過正交信道與用戶建立連接。

（2）可以排除各用戶之間的干擾，通過大陣列增益能夠提升用戶的信噪比，從而可以在同一時域和頻域下實現更多用戶的調度。

具體來說，基站側天線的相位相干和信號的計算簡化處理是大規模天線技術的應用基礎。相較于4G MIMO，5G 大規模MIMO通過應用大規模MIMO空分復用技術能夠將信道容量擴展10倍以上，同時還能實現輻射能量約100倍的提高。由于系統中應用了較多的陣列天線，在波的相干疊加作用下輻射能量會聚集在較小的區域內，從而顯著的提高輻射能量的效率。通過對信號的賦形，波經過前端疊加后能夠輻射到指定終端，不會出現波隨意輻射的問題[1]。

如圖1所示，大規模MIMO具有較好的賦形能力和定向能力，能夠有效增加系統容量，并且還能夠強化小區覆蓋能力，提高系統的抗干擾能力。

圖1 5G大規模MIMO賦形示意

大規模MIMO系統基站中配置的天線較多，甚至達到幾千根，是傳統MIMO系統天線數量的10～100倍，基站天線數量比基站服務用戶設備數量要多得多。基站能夠通過一個時頻資源為多個UE提供服務，從而顯著提高網絡系統的空間自由度，提升了基站對多路信號的接收和傳輸能力，還顯著優化了頻譜資源的利用率，大大提高了數據傳輸的可行性。大規模MIMO在空間中具有多個通道，通過空間信號的合理利用，可以在同一時頻資源條件下完成多路數據的傳輸，從而大大地提高了小區吞吐率。大規模MIMO天線信道容量類似于多個正交并行子信道相疊加的效果。

3 5G通信背景下的大規模天線無線傳輸技術分析

隨著通信技術的發展和應用，無線傳輸系統中用戶數量與天線數量不斷增多，進而導致不同類型數據業務量明顯增多，這種情況給大規模無線傳輸提出了更高的要求。

3.1 導頻技術

信號傳輸的穩定性直接影響到無線通信的應用效果，而信號傳輸的穩定性又與信號的參數設計高度相關，通過導頻技術的應用來優化信號的參數設計能夠顯著提高大規模天線無線傳輸技術應用水平。現階段，4G移動通訊網絡中的參考信號主要包括獲取信號和調節數據。其中，獲取信號通常用來進行信號質量的測試以及采集信道信號，調節數據一般用來實現數據的處理，以預編碼的形式實現導頻。

相較于傳統的3G通信技術和4G通信技術，5G通信技術環境更加復雜，因此導頻技術的應用也需要結合實際應用的情況進行不斷的優化升級。目前，導頻技術已經從最初的單一技術衍生出現在的正交導頻技術與非正交導頻技術，其中正交導頻技術又包括時分正交導頻技術、正分正交導頻技術以及碼分正交導頻技術等。在現實應用中，正交導頻技術能夠有效降低外部環境的干擾，從而提高信號傳輸的穩定性和可靠性，不同的正交導頻技術可根據實際場景的不同進行選取。需要強調的是，正交導頻技術的應用需要投入大量的資金用于系統的建設。大規模天線無線網絡的建設對5G移動通信網路的建設和發展至關重要，導頻技術在提高無線通信質量和效率方面具有無可比擬的優勢，因此探究導頻技術的優化應用方案來降低其應用成本具有較強的現實意義。相較于正交導頻技術，非正交導頻技術為5G大規模天線無線傳輸提供了更高的可行性，作為一種新興導頻技術，非正交導頻技術的應用無需投入較多的資金用于專門的系統建設，因而更加適合5G大規模天線無線傳輸技術的發展和應用推廣[2-3]。

3.2 信道估計技術

在5G通信技術中，信道估計技術能夠有效提高信號處理的精確度。5G大規模天線無線傳輸網絡的建設能夠顯著提高信號處理和數據傳輸的效率，但隨著數據業務量的不斷增多，通信網絡已逐漸滿足不了數據處理的要求，信道估計技術的發展和應用能夠實現數據的高效處理，還能保證數據處理的精確度。此外，5G通信網絡在運行過程中，導頻污染會在一定程度上影響信號數據計算的精確度，如果計算誤差過大就會造成數據傳輸處理失穩。通過信道估計技術的應用，能夠有效降低導頻污染的影響，從而保證了信號數據計算的精確度。信道估計技術能夠有效提高通信網絡的導頻分配水平，通過對通信網絡傳輸時延的估計來提取多徑分量，進而達到提高延遲功率分布效率的效果。

4 結語

綜上所述，5G通信大規模天線無線傳輸技術的發展和應用對于5G通信網絡的建設至關重要，必須通過不斷的理論研究與技術創新來打破各種限制5G通信技術的發展和應用水平的外界因素。尤其是導頻技術與信道估計技術，能夠顯著的提高5G通信網絡的可靠性和信號傳輸的效率，如何進一步優化各項技術的應用方案，成為未來提高5G通信技術發展水平的重要課題。