5G无线通信系统关键技术分析

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一、大规模MIMO通讯技术

1.1大规模MIMO通信技术的基本特性

具体来讲，大规模MIMO通信技术指的是在基站端设置比现有系统中天线数更大的大规模天线阵列，进而同时服务于多个用户（一般情况下，我们默认为几百根，同时服务用户总数约为总天线数的10%）。这部分天线能够分散于小区内，或者是以大规模天线阵列的形式进行集中配置。大规模MIMO技术受到更多重视的主要原因在于：其在设置大规模天线阵列后，系统能够获取大量常规系统难以比拟的物理特性及优势。经详细研究，包含以下几个方面：首先，由于天线数的不断增多，各用户间的通讯渠道会呈现出正交特征，即为用户间干扰能够得到迅速消除，最终有效提高系统容量；其次，随着基站天线数量的上升，令信道快衰落、热噪声被有效均匀化，也就是说信道硬化作用使得更多用户不至于陷入深衰落，减少了空中接口的等待延迟，并且简化了调度方针；再次，更多天线的利用，能够令波束能量聚焦对准到更小的空间范围，有效提高了空间分辨率；除此之外，更大量天线的启用，令阵列增益迅速提升，进而有效减少了发射端的能耗，令系统总能效提升多个数量级。

1.2大规模MIMO技术应用过程中的问题分析

尽管大规模MIMO通信技术的吸引力较强，然而这些特性的实现需要依靠基站端对信道信息的获取程度。对于目前蜂窝系统中的双工制式，主要为时分双工、频分双工，两者信道信息的获得手段及成本存在较大差别。在此技术应用初期，大部分专家仅仅针对TDD制式下的有关技术内容展开探索的，即为从信道信息获取时的导频开销角度进行考虑的。即便该模式对大规模MIMO技术的应用具备先天优势，然而考虑到多小区蜂窝系统的时候，则因导频数目不足，在多个小区间必须借助共用导频序列，进而造成严重的导频污染问题，对TDD制式下的MIMO系统容量性能产生巨大的影响。针对这一难题，近年来专家人士通过对用户进行分组的手段，同时利用信道统计信息进行第一层预编码，把以往的高维信道变换成低维信道，最终有效减少了预测有效信道时所需的导频支出。当然，对于大规模MIMO系统来讲，像怎样更好地设计简便的收发机波束成形及功率分配算法等问题，仍旧是今后通信技术研究工作中的重点论题。

二、绿色通讯技术

现今，通信科技引起的高能耗现象引发了越来越广泛的关注，同时也给全球通讯技术的可持续发展提出了一大难题据不完全统计，信息通信科技带来的能耗占世界能耗比重超过了3%，每年的增幅较大。随着4G通信网络的推广，信息通信科技引起的能耗也愈发严重。零等待零距离通讯的即连5g通讯系统的根本目标为实现通讯系统能效改善1000倍。尽管在低发射功率情况下，满功率发射能够同时实现最佳的频谱效率及能源效率，然而在高发射功率前提下，频谱效率和能源效率两者呈现出鲜明的差异。在通讯系统当中，怎样有效地权衡二者的优势也变为通信领域的研究重点和基本架构。当前，怎样同时完成高频谱效率及高能源效率的通讯技术已经成为5G无线通信系统的突出问题。近来，有关人士对多小区多用户MISO下行链路系统及大规模MIMO下行链路系统的资源效率优化问题进行了探索。为同时平衡系统容量以及资源能耗，我们不妨从系统资源效率的角度出发，对资源效率进行进一步的优化。除此之外，我们也不可忽视收发机损伤这一关键问题，若是把这一硬件因素纳入到波束成形优化问题当中，便会发现更多更有意义的问题。考虑收发机的固定功率消耗且此参数不为零时，大规模MIMO通信系统的能耗为零，与此同时，大规模多用户MIMO通讯系统也势必会成为一个能效最高的通信系统。

三、异构无线通讯网络

现阶段，随着集成电路科技的不断进步，通讯系统及终端能力获得了很大程度上的增强，通讯科技及计算机技术有机结合，各类无线接入技术也慢慢成熟、普及。早在4G移动通信网络中便提出了选取多元化的网络节点或者覆盖范围，包含宏小区、微小区、中继、家庭基站以及WIFI接入点等等。常规的基于信干燥比或接受信号强度的接入节点选择机制无法满足多样化通讯节点的异构通信网络需求。要想实现负载的转移，同时提高网络吞吐量、弥补宏基站覆盖的黑洞，异构网络当中必须引入多种类型、多发射功率的接入节点。同时，为了从根本上体现出接入节点的功效，应当引入创新性的接收节点选择机制。举例说明，比如对覆盖范围扩展机制的引入，也就是用户节点在其接收低功率接入节点的信号强度基础上增添一定的偏量值，紧接着对等待选取的多个节点进行修正操作。由此可见，这种修正的接入机制能够更加迅速地完成转移、均衡负载的任务。

综上，5G无线通信系统的推广，令人类对多媒体等数据业务的需求量急剧上升，但信息通讯造成的能耗也变得更为严重。针对这种情况，该作笔者对今后5G无线通信系统当中可能普及的集中关键技术进行了深刻的剖析。

作者:郑国鑫 单位:广东省电信工程有限公司六分公司

参考文献

[1]杨绿溪,何世文,,代海波.面向5G无线通信系统的关键技术综述[J].数据采集与处理,2015(30).

[2]黄霞.关于面向5G移动网络绿色通信关键技术的相关分析[J].中国新通信,2016(22).