5G無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析論文
一、大規(guī)模MIMO通訊技術(shù)
1.1大規(guī)模MIMO通信技術(shù)的基本特性
具體來講，大規(guī)模MIMO通信技術(shù)指的是在基站端設(shè)置比現(xiàn)有系統(tǒng)中天線數(shù)更大的大規(guī)模天線陣列，進(jìn)而同時(shí)服務(wù)于多個(gè)用戶（一般情況下，我們默認(rèn)為幾百根，同時(shí)服務(wù)用戶總數(shù)約為總天線數(shù)的10%）。這部分天線能夠分散于小區(qū)內(nèi)，或者是以大規(guī)模天線陣列的形式進(jìn)行集中配置。大規(guī)模MIMO技術(shù)受到更多重視的主要原因在于：其在設(shè)置大規(guī)模天線陣列后，系統(tǒng)能夠獲取大量常規(guī)系統(tǒng)難以比擬的物理特性及優(yōu)勢(shì)。經(jīng)詳細(xì)研究，包含以下幾個(gè)方面：首先，由于天線數(shù)的不斷增多，各用戶間的通訊渠道會(huì)呈現(xiàn)出正交特征，即為用戶間干擾能夠得到迅速消除，最終有效提高系統(tǒng)容量；其次，隨著基站天線數(shù)量的上升，令信道快衰落、熱噪聲被有效均勻化，也就是說信道硬化作用使得更多用戶不至于陷入深衰落，減少了空中接口的等待延遲，并且簡(jiǎn)化了調(diào)度方針；再次，更多天線的利用，能夠令波束能量聚焦對(duì)準(zhǔn)到更小的空間范圍，有效提高了空間分辨率；除此之外，更大量天線的啟用，令陣列增益迅速提升，進(jìn)而有效減少了發(fā)射端的能耗，令系統(tǒng)總能效提升多個(gè)數(shù)量級(jí)。
1.2大規(guī)模MIMO技術(shù)應(yīng)用過程中的問題分析
盡管大規(guī)模MIMO通信技術(shù)的吸引力較強(qiáng)，然而這些特性的實(shí)現(xiàn)需要依靠基站端對(duì)信道信息的獲取程度。對(duì)于目前蜂窩系統(tǒng)中的雙工制式，主要為時(shí)分雙工、頻分雙工，兩者信道信息的獲得手段及成本存在較大差別。在此技術(shù)應(yīng)用初期，大部分專家僅僅針對(duì)TDD制式下的有關(guān)技術(shù)內(nèi)容展開探索的，即為從信道信息獲取時(shí)的導(dǎo)頻開銷角度進(jìn)行考慮的。即便該模式對(duì)大規(guī)模MIMO技術(shù)的應(yīng)用具備先天優(yōu)勢(shì)，然而考慮到多小區(qū)蜂窩系統(tǒng)的時(shí)候，則因?qū)ьl數(shù)目不足，在多個(gè)小區(qū)間必須借助共用導(dǎo)頻序列，進(jìn)而造成嚴(yán)重的導(dǎo)頻污染問題，對(duì)TDD制式下的MIMO系統(tǒng)容量性能產(chǎn)生巨大的影響。針對(duì)這一難題，近年來專家人士通過對(duì)用戶進(jìn)行分組的手段，同時(shí)利用信道統(tǒng)計(jì)信息進(jìn)行第一層預(yù)編碼，把以往的高維信道變換成低維信道，最終有效減少了預(yù)測(cè)有效信道時(shí)所需的導(dǎo)頻支出。當(dāng)然，對(duì)于大規(guī)模MIMO系統(tǒng)來講，像怎樣更好地設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便的收發(fā)機(jī)波束成形及功率分配算法等問題，仍舊是今后通信技術(shù)研究工作中的重點(diǎn)論題。
二、綠色通訊技術(shù)
現(xiàn)今，通信科技引起的高能耗現(xiàn)象引發(fā)了越來越廣泛的關(guān)注，同時(shí)也給全球通訊技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展提出了一大難題據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，信息通信科技帶來的能耗占世界能耗比重超過了3%，每年的增幅較大。隨著4G通信網(wǎng)絡(luò)的推廣，信息通信科技引起的能耗也愈發(fā)嚴(yán)重。零等待零距離通訊的即連5G通訊系統(tǒng)的根本目標(biāo)為實(shí)現(xiàn)通訊系統(tǒng)能效改善1000倍。盡管在低發(fā)射功率情況下，滿功率發(fā)射能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)最佳的頻譜效率及能源效率，然而在高發(fā)射功率前提下，頻譜效率和能源效率兩者呈現(xiàn)出鮮明的差異。在通訊系統(tǒng)當(dāng)中，怎樣有效地權(quán)衡二者的優(yōu)勢(shì)也變?yōu)橥ㄐ蓬I(lǐng)域的研究重點(diǎn)和基本架構(gòu)。當(dāng)前，怎樣同時(shí)完成高頻譜效率及高能源效率的通訊技術(shù)已經(jīng)成為5G無線通信系統(tǒng)的突出問題。近來，有關(guān)人士對(duì)多小區(qū)多用戶MISO下行鏈路系統(tǒng)及大規(guī)模MIMO下行鏈路系統(tǒng)的資源效率優(yōu)化問題進(jìn)行了探索。為同時(shí)平衡系統(tǒng)容量以及資源能耗，我們不妨從系統(tǒng)資源效率的`角度出發(fā)，對(duì)資源效率進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。除此之外，我們也不可忽視收發(fā)機(jī)損傷這一關(guān)鍵問題，若是把這一硬件因素納入到波束成形優(yōu)化問題當(dāng)中，便會(huì)發(fā)現(xiàn)更多更有意義的問題�？紤]收發(fā)機(jī)的固定功率消耗且此參數(shù)不為零時(shí)，大規(guī)模MIMO通信系統(tǒng)的能耗為零，與此同時(shí)，大規(guī)模多用戶MIMO通訊系統(tǒng)也勢(shì)必會(huì)成為一個(gè)能效最高的通信系統(tǒng)。
三、異構(gòu)無線通訊網(wǎng)絡(luò)
現(xiàn)階段，隨著集成電路科技的不斷進(jìn)步，通訊系統(tǒng)及終端能力獲得了很大程度上的增強(qiáng)，通訊科技及計(jì)算機(jī)技術(shù)有機(jī)結(jié)合，各類無線接入技術(shù)也慢慢成熟、普及。早在4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中便提出了選取多元化的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或者覆蓋范圍，包含宏小區(qū)、微小區(qū)、中繼、家庭基站以及WIFI接入點(diǎn)等等。常規(guī)的基于信干燥比或接受信號(hào)強(qiáng)度的接入節(jié)點(diǎn)選擇機(jī)制無法滿足多樣化通訊節(jié)點(diǎn)的異構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)需求。要想實(shí)現(xiàn)負(fù)載的轉(zhuǎn)移，同時(shí)提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量、彌補(bǔ)宏基站覆蓋的黑洞，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中必須引入多種類型、多發(fā)射功率的接入節(jié)點(diǎn)。同時(shí)，為了從根本上體現(xiàn)出接入節(jié)點(diǎn)的功效，應(yīng)當(dāng)引入創(chuàng)新性的接收節(jié)點(diǎn)選擇機(jī)制。舉例說明，比如對(duì)覆蓋范圍擴(kuò)展機(jī)制的引入，也就是用戶節(jié)點(diǎn)在其接收低功率接入節(jié)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度基礎(chǔ)上增添一定的偏量值，緊接著對(duì)等待選取的多個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行修正操作。由此可見，這種修正的接入機(jī)制能夠更加迅速地完成轉(zhuǎn)移、均衡負(fù)載的任務(wù)。
綜上，5G無線通信系統(tǒng)的推廣，令人類對(duì)多媒體等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求量急劇上升，但信息通訊造成的能耗也變得更為嚴(yán)重。針對(duì)這種情況，該作筆者對(duì)今后5G無線通信系統(tǒng)當(dāng)中可能普及的集中關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深刻的剖析。
參考文獻(xiàn)
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