论文部分内容阅读
摘 要：目前，5G已成为无线通信技术的热点研究内容，其甚至被认为是现代最具应用前景的技术，可满足用户对移动无线技术的使用需要。另外，我国政府十分重视无线通信技术的研发，并加大了在技术跟踪与预研上的投入。据此背景，笔者结合工作经验，浅析5G无线通信技术的发展。
关键词：5G；无线通信；关键技术
5G无线通信技术是第五代移动网络通用技术，其是一种以用户为中心及以云计算、NFV、SDN等为技术支撑的新型网络，具有数据传输速率快、兼容性好及电池使用寿命长等优点，从而为现代社会活动的开展提供了方便。通过梳理分析，笔者分别从如下方面浅析5G无线通信技术的关键技术：
1 多天线传输技术
为了适应未来通信技术的发展，急需提高频谱资源的利用率，比如LSAS、MIMO技术等便是在这种背景下提出的。其中，LSAS技术的应用可提高小区及边缘用户的频谱效率，同时可通过划分空间位置及利用空分多址来为多个用户提供服务。在LTE、LTE-Advanced中，目前推出的对MIMO的增强性改进可满足小区容量及下载速率的要求，但LTE-Advanced的基站下行至多仅能支持八根发送天线，这将严重制约技术性能的提高。对此，在未来的5G无线通信中，AAS技术的引入将更易实现大规模MIMO在小区基站上的部署，从而有助于3D波束形成的实现、系统容量的增加及满足用户对数据业务的需要。与LTE基站所用的多天线相比，5G参照军用相控阵雷达来设计天线可提升空间的自由度，而基于这一思路的LSAS技术支持将天线同时设在垂直和水平方向上，如此不仅可以增加波束在垂直方向上的维度，还可以提高不同用户的隔离。另外，将有源天线技术引入其中将提升天线的性能及降低耦合对天线造成的能耗损失，从而有助于推动LSAS技术向商业化方向发展。总之，LSAS技术的应用有助于提升单用户、多用户的MIMO性能及系统的容量。
2 高频传输技术
为了满足5G技术对传输带宽的需要，急需将射频器件的工作频率调整到更佳的状态上。在这一背景下，未来的5G技术应向以毫米波频段为代表的高频段扩展，以满足在短距离实现高速传输的要求。目前，世界上大的通信企业都积极致力于相关的研究工作，且研究也证实了将高频段应用在移动通信的特定环境中具有可行性。但在电磁传播特性的影响下，高频传输的实现仍困难重重，且在空气的吸收作用下，电磁波的路径损耗将随频段的升高而增大。另外，高频段主要沿直射路径传输及其绕射能力极差，因此一旦基站到用户的直视路径受阻时，便会使其传输性能下降，外加高频段器件的工艺尚不成熟，这些都将在一定程度上阻碍高频段通信的实现。因此，在未来5G技术的发展中，应重视对高频传输技术的研究和攻关。
3 密集网络技术
为了满足未来数据业务激增的需要，通过加密小区部署将有助于提升5G网络的总体性能，即通过将更多低功率的节点引入网络中，可增强热点、消除盲点、扩大网络覆盖及提升系统的容量。但小区密度的增大会增加整个网络拓扑结构的复杂程度，从而加剧了其中存在的干扰问题，因此密集网络技术应以干扰管理及网络抗干扰性能为研究重点，尤其是如何提升边缘用户的性能。密集小区技术的应用使得网络变得更加的灵活，如此根据用户的季节性及临时性需求，便可实现新小区的快速部署。据此，未来的网络架构将以“临时微蜂窝+长期微蜂窝+宏蜂窝”为主，且这一结构的应用将有助于实现灵活性更高的5G网络。另外，增加小区密度可提升网络容量及无线资源的利用率。据仿真结果显示，宏小区200户用户数仅可使微蜂窝的渗透率上升20%，如此从理论上来讲，便可使小区容量提升1000倍，且这一性能与用户数量呈正相关。5G的服务区域以人口密集的城市中心等区域为主，因此密集小区技术的应用将极大地促进5G的发展。但在密集小区技术的应用中，小区间的干扰将在一定程度上阻碍5G的发展。针对这一问题，主要的解决办法如下：一是采用基于功率域、频域和时域的干扰协调机制；二是采用eICIC技术，其中包括网络侧的小区检测与干扰消除技术、CRS抵消技术等。实践证实，在不同的自由度上，eICIC技术的应用可通过调度来实现互相干扰的信号相互正交，继而消除干扰。另外，干扰消除与对齐技术、认知技术等的引入将在一定程度上加强对干扰的管理。总之，密集网络技术在5G中的应用前景非常可观。
4 新型网络架构
未来5G的发展将形成“Wi-Fi+蜂窝”的新型网络架构，具体可利用非授权频段来分流业务，同时移动通信的业务量与基站的业务量、计算量呈正相关，因此D2D网络的提出便是为了减轻基站的压力及加快传输速度。目前，在LTE Rel-13中，D2D技术的应用将使其成为未来5G的关键技术。D2D技术是指通过复用小区资源实现终端间的直接通信，因此这种直接交换数据或提供服务的形式将有助于降低蜂窝网络的负担、增强基础设施的鲁棒性、提高比特速率及降低移动终端电池的功率。但将D2D通信系统与蜂窝通信系统融为一体时，D2D辅助通信系统资源的调度难度将随之增加。
5 结语
在未来的发展中，5G无线通信技术无疑会成为通信设备厂商与运营商的重要竞争力，但当前，这一技术尚处在起步阶段，仍存在诸多问题亟待攻克。因此，在5G无线通信技术的研究中，应重视对这一技术的提前研究及跟踪，以提升其对我国通信行业的影响力。
参考文献
[1]尤肖虎，潘志文，高西奇，等.5G移动通信发展趋势与若干关键技术[J].中国科学：信息科学，2014，（5）：551-563.
[2]翟冠楠，李昭勇.5G无线通信技术概念及相关应用[J].电信网技术，2013，（9）：1-6.
[3]王景尧，白岩，孟祥娇，等.5G无线通信技术发展跟踪与分析[J].现代电信科技，2014，（12）：1-4.
（作者单位：深圳市都信建设监理有限公司）
关键词：5G；无线通信；关键技术
5G无线通信技术是第五代移动网络通用技术，其是一种以用户为中心及以云计算、NFV、SDN等为技术支撑的新型网络，具有数据传输速率快、兼容性好及电池使用寿命长等优点，从而为现代社会活动的开展提供了方便。通过梳理分析，笔者分别从如下方面浅析5G无线通信技术的关键技术：
1 多天线传输技术
为了适应未来通信技术的发展，急需提高频谱资源的利用率，比如LSAS、MIMO技术等便是在这种背景下提出的。其中，LSAS技术的应用可提高小区及边缘用户的频谱效率，同时可通过划分空间位置及利用空分多址来为多个用户提供服务。在LTE、LTE-Advanced中，目前推出的对MIMO的增强性改进可满足小区容量及下载速率的要求，但LTE-Advanced的基站下行至多仅能支持八根发送天线，这将严重制约技术性能的提高。对此，在未来的5G无线通信中，AAS技术的引入将更易实现大规模MIMO在小区基站上的部署，从而有助于3D波束形成的实现、系统容量的增加及满足用户对数据业务的需要。与LTE基站所用的多天线相比，5G参照军用相控阵雷达来设计天线可提升空间的自由度，而基于这一思路的LSAS技术支持将天线同时设在垂直和水平方向上，如此不仅可以增加波束在垂直方向上的维度，还可以提高不同用户的隔离。另外，将有源天线技术引入其中将提升天线的性能及降低耦合对天线造成的能耗损失，从而有助于推动LSAS技术向商业化方向发展。总之，LSAS技术的应用有助于提升单用户、多用户的MIMO性能及系统的容量。
2 高频传输技术
为了满足5G技术对传输带宽的需要，急需将射频器件的工作频率调整到更佳的状态上。在这一背景下，未来的5G技术应向以毫米波频段为代表的高频段扩展，以满足在短距离实现高速传输的要求。目前，世界上大的通信企业都积极致力于相关的研究工作，且研究也证实了将高频段应用在移动通信的特定环境中具有可行性。但在电磁传播特性的影响下，高频传输的实现仍困难重重，且在空气的吸收作用下，电磁波的路径损耗将随频段的升高而增大。另外，高频段主要沿直射路径传输及其绕射能力极差，因此一旦基站到用户的直视路径受阻时，便会使其传输性能下降，外加高频段器件的工艺尚不成熟，这些都将在一定程度上阻碍高频段通信的实现。因此，在未来5G技术的发展中，应重视对高频传输技术的研究和攻关。
3 密集网络技术
为了满足未来数据业务激增的需要，通过加密小区部署将有助于提升5G网络的总体性能，即通过将更多低功率的节点引入网络中，可增强热点、消除盲点、扩大网络覆盖及提升系统的容量。但小区密度的增大会增加整个网络拓扑结构的复杂程度，从而加剧了其中存在的干扰问题，因此密集网络技术应以干扰管理及网络抗干扰性能为研究重点，尤其是如何提升边缘用户的性能。密集小区技术的应用使得网络变得更加的灵活，如此根据用户的季节性及临时性需求，便可实现新小区的快速部署。据此，未来的网络架构将以“临时微蜂窝+长期微蜂窝+宏蜂窝”为主，且这一结构的应用将有助于实现灵活性更高的5G网络。另外，增加小区密度可提升网络容量及无线资源的利用率。据仿真结果显示，宏小区200户用户数仅可使微蜂窝的渗透率上升20%，如此从理论上来讲，便可使小区容量提升1000倍，且这一性能与用户数量呈正相关。5G的服务区域以人口密集的城市中心等区域为主，因此密集小区技术的应用将极大地促进5G的发展。但在密集小区技术的应用中，小区间的干扰将在一定程度上阻碍5G的发展。针对这一问题，主要的解决办法如下：一是采用基于功率域、频域和时域的干扰协调机制；二是采用eICIC技术，其中包括网络侧的小区检测与干扰消除技术、CRS抵消技术等。实践证实，在不同的自由度上，eICIC技术的应用可通过调度来实现互相干扰的信号相互正交，继而消除干扰。另外，干扰消除与对齐技术、认知技术等的引入将在一定程度上加强对干扰的管理。总之，密集网络技术在5G中的应用前景非常可观。
4 新型网络架构
未来5G的发展将形成“Wi-Fi+蜂窝”的新型网络架构，具体可利用非授权频段来分流业务，同时移动通信的业务量与基站的业务量、计算量呈正相关，因此D2D网络的提出便是为了减轻基站的压力及加快传输速度。目前，在LTE Rel-13中，D2D技术的应用将使其成为未来5G的关键技术。D2D技术是指通过复用小区资源实现终端间的直接通信，因此这种直接交换数据或提供服务的形式将有助于降低蜂窝网络的负担、增强基础设施的鲁棒性、提高比特速率及降低移动终端电池的功率。但将D2D通信系统与蜂窝通信系统融为一体时，D2D辅助通信系统资源的调度难度将随之增加。
5 结语
在未来的发展中，5G无线通信技术无疑会成为通信设备厂商与运营商的重要竞争力，但当前，这一技术尚处在起步阶段，仍存在诸多问题亟待攻克。因此，在5G无线通信技术的研究中，应重视对这一技术的提前研究及跟踪，以提升其对我国通信行业的影响力。
参考文献
[1]尤肖虎，潘志文，高西奇，等.5G移动通信发展趋势与若干关键技术[J].中国科学：信息科学，2014，（5）：551-563.
[2]翟冠楠，李昭勇.5G无线通信技术概念及相关应用[J].电信网技术，2013，（9）：1-6.
[3]王景尧，白岩，孟祥娇，等.5G无线通信技术发展跟踪与分析[J].现代电信科技，2014，（12）：1-4.
（作者单位：深圳市都信建设监理有限公司）