5G 通信大規(guī)模天線無線傳輸技術(shù)分析

彭嘉陵，朱 楠

（中通服咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610000）

0 引 言

在科學(xué)技術(shù)水平不斷提升過程中，5G 通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到了前所未有的發(fā)展。與以往的4G、3G 技術(shù)相比，5G 通信技術(shù)不僅實(shí)現(xiàn)了通信速率、穩(wěn)定性的提升，而且在保障質(zhì)量的基礎(chǔ)上提升了頻譜效率。為強(qiáng)化移動(dòng)通信的穩(wěn)定性和高效性能、與能耗更低的通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，加強(qiáng)5G 通信大規(guī)模天線無線傳輸技術(shù)的研究尤為必要。

1 大規(guī)模天線無線傳輸

以5G 基本頻率為基礎(chǔ)的5G 通信系統(tǒng)中，其頻率直接關(guān)系著通信穩(wěn)定性。如果頻譜效率過低會(huì)造成頻率波動(dòng)增加，受到穩(wěn)定性影響，5G 網(wǎng)絡(luò)信號(hào)運(yùn)行和接收均會(huì)受到干擾。與4G 技術(shù)相比，5G 網(wǎng)絡(luò)的安全性和穩(wěn)定性更高，其信號(hào)傳輸和運(yùn)行也需要以穩(wěn)定為背景。但是，大規(guī)模天線系統(tǒng)在運(yùn)行中復(fù)雜性明顯，信道電容分析難度較高，對(duì)容量系統(tǒng)展開評(píng)估時(shí)，要對(duì)基站階段和用戶分布進(jìn)行分析，確保蜂窩系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性得以提升。在大規(guī)模天線無線傳輸過程中，信道電容分析是關(guān)鍵的組成之一，科學(xué)的電容分析能保障頻譜效率的穩(wěn)定性，從而在5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程中為廣大用戶提供穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)與幫助。

2 無線通信系統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)類型

2.1 信道接入技術(shù)

無線傳輸覆蓋系統(tǒng)中涉及較多設(shè)備節(jié)點(diǎn)，分布的形式較為多樣，覆蓋區(qū)域廣闊。為保證低功率廣域（Low-Power Wide-Area，LPWA）網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)通道接入技術(shù)的設(shè)計(jì)，按照預(yù)留信道接入技術(shù)調(diào)整共享無線信道方案。在應(yīng)用預(yù)留信道接入技術(shù)時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)無線信道資源的合理分配，目前主要涉及時(shí)分復(fù)用和頻分復(fù)用。

2.2 網(wǎng)絡(luò)智能技術(shù)

工程技術(shù)人員能夠按照自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)拓展網(wǎng)絡(luò)智能技術(shù)的功能，在調(diào)整網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化水平的過程中，大大實(shí)現(xiàn)對(duì)人力資源的節(jié)約，進(jìn)一步推動(dòng)了網(wǎng)絡(luò)操作的穩(wěn)定性發(fā)展。為實(shí)現(xiàn)5G 通信系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，保證數(shù)據(jù)傳輸速率，應(yīng)在5G 通信大規(guī)模天線無線傳輸中發(fā)揮技術(shù)手段優(yōu)勢(shì)，從而在分析現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)類型的同時(shí)有效拓展網(wǎng)絡(luò)深度。

3 5G 網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模天線無線傳輸

3.1 傳輸信息技術(shù)

隨著5G 網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模天線無線傳輸技術(shù)的發(fā)展,大部分通信信息技術(shù)的使用頻率會(huì)隨著用戶人數(shù)的增加而增加，這可能會(huì)對(duì)技術(shù)創(chuàng)新帶來一定的阻力。因此，為提高技術(shù)的使用效率，必須加強(qiáng)對(duì)導(dǎo)頻的控制，并增加相應(yīng)的資金投入，以便更好地管理信息傳輸。通過不斷改進(jìn)導(dǎo)頻工藝技術(shù)，提升其現(xiàn)實(shí)的導(dǎo)頻效率和應(yīng)用性能，協(xié)調(diào)資金運(yùn)行管控，遵守互異性原則，可以有效減少對(duì)天線系統(tǒng)的開發(fā)導(dǎo)頻數(shù)量和信息技術(shù)阻礙，從而使資料得到利用，達(dá)到經(jīng)濟(jì)價(jià)值最優(yōu)化。

3.2 5G 網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模傳輸技術(shù)

5G 網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模天線無線傳輸技術(shù)的發(fā)展，要求將多種信息技術(shù)融合到無線廣播和介入信道的傳送途徑中，以便從理論上實(shí)現(xiàn)編碼調(diào)節(jié)的目標(biāo)，因此對(duì)接收到的消息通路實(shí)行及時(shí)的容量檢測(cè)，以確保其能夠滿足要求。隨著天線數(shù)量的增加，傳輸功能會(huì)受到影響，因此從各個(gè)角度來思考這一問題，并采用最大比例來整合信息資源，以降低上行和下行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膹?fù)雜度。此外，信息技術(shù)的傳播應(yīng)該通過實(shí)地調(diào)研和現(xiàn)場(chǎng)人員調(diào)查，以充分整合周邊資源，并做出合理的改變[1,2]。

3.3 系統(tǒng)資源技術(shù)

為更好地利用5G 網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模天線無線傳輸技術(shù)，需要合理優(yōu)化系統(tǒng)資源管理，有效配置各種資源，充分發(fā)揮系統(tǒng)資源優(yōu)勢(shì)，并逐漸設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)單的方案。在實(shí)際應(yīng)用中，需要對(duì)多進(jìn)多出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）技術(shù)的空域資源配置狀況加以剖析，從而降低技術(shù)處理難度，完成容量的最優(yōu)化構(gòu)建。系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新使信息技術(shù)能夠做到統(tǒng)計(jì)信息和算法實(shí)現(xiàn)的相似性差別最小化，并逐漸提升其應(yīng)用和傳輸性能，調(diào)整其分簇度量，以促進(jìn)信息資源的合理分配。雖然目前的研究取得了一定的進(jìn)展，但是仍需要根據(jù)實(shí)際狀況進(jìn)一步深入探討和研究，以促使資源分配的合理設(shè)計(jì)，推進(jìn)經(jīng)濟(jì)技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。

3.4 導(dǎo)頻技術(shù)

5G 網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)絡(luò)中導(dǎo)頻技術(shù)分為2 類：一類是全向傳輸，能夠有效提高信道質(zhì)量；另一類是以全向傳輸?shù)男问酱嬖冢軌蚬?jié)省大量的資源，同時(shí)也能夠有效地檢測(cè)信道質(zhì)量。第2 類方法應(yīng)該用來支持系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)解調(diào)，在保證成本效益的前提下進(jìn)行預(yù)傳輸。這種方法有正交導(dǎo)頻和非正交導(dǎo)頻2 種。正交導(dǎo)頻夠分為多種類型，包括時(shí)分、頻分、碼分和混合正交，而且能夠用作參考信號(hào)選擇，導(dǎo)頻污染如圖1 所示。

圖1 導(dǎo)頻污染

雖然4G 標(biāo)準(zhǔn)中的天線數(shù)量有限，但是在5G 通信中，應(yīng)用導(dǎo)頻技術(shù)的成本仍然是一個(gè)重要的挑戰(zhàn)，因此不同技術(shù)的應(yīng)用必須加以考慮，以降低成本，提高效率。非正交導(dǎo)頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)可能分成疊加式和多路復(fù)合式2 類。疊加式能夠有效抑制特定擾動(dòng)，進(jìn)一步提高通道估算的精度，但會(huì)造成較大的導(dǎo)頻影響，從而降低通道的穩(wěn)定性和使用率。為了進(jìn)一步提高效率和質(zhì)量，現(xiàn)在廣泛采用導(dǎo)頻技術(shù)高效分離上行鏈路，從而降低設(shè)計(jì)成本。

3.5 核心技術(shù)

基于5G 通信技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，能夠更有效地利用廣泛天線無線傳輸技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)接入信道與廣播信號(hào)之間的高效互聯(lián)，確保技術(shù)應(yīng)用程序的可信度和安全性。由于5G 通信技術(shù)的發(fā)展，最大比率傳輸(Maximum Ratio Transmission，MRT）技術(shù)也在不斷演進(jìn)，它不僅能夠確保通信知識(shí)的精確無誤傳遞，而且還能保證通信安全可靠。因?yàn)橐蛩氐膹?fù)雜化，大面積無線數(shù)據(jù)傳輸變得更加困難，所以經(jīng)過合理地分配空間上的幾個(gè)位置，才能有效地接收和傳輸信號(hào)，從而確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量和安全性[3,4]。

4 大規(guī)模天線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

在現(xiàn)代科技引領(lǐng)下，相關(guān)行業(yè)應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求對(duì)大規(guī)模天線技術(shù)進(jìn)行研究，目前其運(yùn)行的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)涉及以下方面。

4.1 同步信道設(shè)計(jì)

5G 網(wǎng)絡(luò)的大型天線無線傳輸技術(shù)中，同步信道是住宅內(nèi)部信息傳輸?shù)闹匾溃梢允棺≌跏歼x定、住宅同步、住宅查詢以及住宅轉(zhuǎn)換變得更為便捷和簡(jiǎn)單，并且可以通過創(chuàng)新大型天線技術(shù)來獲得更多的覆蓋。依據(jù)客戶的各種情況，對(duì)同時(shí)通道的設(shè)計(jì)加以有效控制，并對(duì)其加以整體分析和設(shè)計(jì)，以提高住宅的信息傳輸效率和安全性[5]。同時(shí)，可以有效地管理居民小區(qū)的同步信號(hào)，通過不同位置的信息，完成居民小區(qū)客戶的信息參數(shù)的專業(yè)化和技術(shù)方案的有效管理，從而大大提升同步信道的覆蓋率，構(gòu)成多條窄帶波束，確保居民小區(qū)的信號(hào)全面覆蓋。

4.2 控制信道設(shè)計(jì)

隨著5G網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模天線無線傳輸技術(shù)的發(fā)展，與長(zhǎng)期演進(jìn)（Long Term Evolution，LTE）相比，居民小區(qū)里面的用戶可以更加多元化地利用小區(qū)的處理技術(shù)，通過監(jiān)控信道的不同種類和場(chǎng)景，達(dá)到信息的全覆蓋，并且可以不斷地檢測(cè)出新的資源使用管理特點(diǎn)，從而更好地體現(xiàn)居民小區(qū)里面用戶信息管理的優(yōu)勢(shì)。該過程旨在通過不斷創(chuàng)新技術(shù)，提高其復(fù)雜性和實(shí)效性，以滿足用戶的移動(dòng)需求，并在居民小區(qū)里面進(jìn)行角度相對(duì)監(jiān)控，擴(kuò)大監(jiān)控指令的距離覆蓋范圍，同時(shí)提升通道賦性過程和各種數(shù)據(jù)通道傳遞效果。隨著社會(huì)的發(fā)展，大規(guī)模天線技術(shù)已經(jīng)成為監(jiān)控信道設(shè)計(jì)的一種普遍方式，其中包含集中式鋪設(shè)、分布式覆蓋和高層住宅等。頻段對(duì)天線系統(tǒng)的尺寸有著重要的指導(dǎo)作用，因此應(yīng)根據(jù)不同的場(chǎng)景，合理調(diào)整頻段，并采取有效的管控措施，以實(shí)現(xiàn)整體性的監(jiān)督管理工作[6,7]。

4.3 多點(diǎn)協(xié)同傳輸

5G 網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模天線無線傳輸技術(shù)要求多點(diǎn)協(xié)調(diào)，以滿足實(shí)際情況的需求，通過統(tǒng)一轉(zhuǎn)發(fā)、協(xié)作調(diào)節(jié)和動(dòng)態(tài)點(diǎn)靜默傳遞等方式完成，數(shù)據(jù)還能通過幾個(gè)傳送點(diǎn)完成傳輸，進(jìn)而完成 信道狀態(tài)信息（Channel State Information，CSI）進(jìn)程的傳遞。由于統(tǒng)一設(shè)備（Unified Equipment，UE）控制系統(tǒng)的天線數(shù)量規(guī)模較大、波束狹窄，因此必須不斷地調(diào)節(jié)發(fā)射角度消除干擾，以確保在同一時(shí)間點(diǎn)都可以接收多流數(shù)據(jù)，并降低其技術(shù)的干擾性。多天線信息理論為無線通信鏈路的傳播提供了更多的可能性，通過依據(jù)實(shí)際情況選用更為多樣化的信息技術(shù)，使用多種天線組合來進(jìn)一步提高傳輸效率，進(jìn)而提升系統(tǒng)的性能和安全可靠。信息系統(tǒng)的信道容量大大超越了傳統(tǒng)的信息傳輸方式，多點(diǎn)協(xié)同技術(shù)的應(yīng)用可以極大地提升系統(tǒng)的效率，為天線的數(shù)據(jù)傳輸管理工作帶來更為可靠的技術(shù)支撐，從而提升其基礎(chǔ)性應(yīng)用發(fā)展前景。

5 結(jié) 論

隨著5G 通信技術(shù)的發(fā)展，為了跟上時(shí)代的步伐，必須對(duì)現(xiàn)代科技背景下的5G 通信技術(shù)進(jìn)行深入研究和探討，在滿足5G 全覆蓋背景下，推動(dòng)5G 大規(guī)模天線技術(shù)發(fā)展，準(zhǔn)確掌握技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)與行業(yè)運(yùn)行背景，最終在合理對(duì)策指導(dǎo)下推進(jìn)現(xiàn)代技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展。