基于5G通信技術(shù)背景的移動(dòng)終端自適應(yīng)模式研究

楊樹(shù)軍

摘? ?要：隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展與變革，人們生活方式發(fā)生著極大的改變，第5代移動(dòng)通信系統(tǒng)也應(yīng)運(yùn)而生。其憑借低功耗、高速率、泛在網(wǎng)等優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)在物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)人駕駛、工業(yè)機(jī)器人等場(chǎng)景中，順勢(shì)成為現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展主流。文章對(duì)5G通信終端自適應(yīng)模式進(jìn)行了研究與探討，在通信終端應(yīng)用場(chǎng)景中引入自適應(yīng)調(diào)節(jié)模式，增強(qiáng)通信的可靠性、降低終端設(shè)備功耗與延時(shí)。

關(guān)鍵詞：5G;移動(dòng)終端;自適應(yīng)模式

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，通信技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)從傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)邁進(jìn)了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，伴隨著5G網(wǎng)絡(luò)鋪開(kāi)，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代開(kāi)始進(jìn)入智能互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。傳統(tǒng)的通信主要基于人際之間的互通，5G通信方式發(fā)生很大改變，不再局限于人與人之間的聯(lián)系，使人機(jī)、機(jī)機(jī)之間的交互溝通成為現(xiàn)實(shí)。5G通信終端數(shù)量龐大，不再局限于手機(jī)，而是涉及無(wú)人駕駛、智能家電、公共設(shè)施等諸多應(yīng)用場(chǎng)景中的智能節(jié)點(diǎn)產(chǎn)品。

5G通信技術(shù)將被廣泛應(yīng)用在eMBB，mMTC，URLLC 3大場(chǎng)景，這些應(yīng)用場(chǎng)景不僅對(duì)通信技術(shù)有更高的要求，同時(shí)也必然會(huì)給移動(dòng)通信的終端設(shè)備帶來(lái)新的變革與挑戰(zhàn)。高速度、低功耗、低延時(shí)終端設(shè)備將是5G通信時(shí)代的主力軍。本文基于5G移動(dòng)終端的低功耗、低延時(shí)提出一種自適應(yīng)模式，并進(jìn)行相關(guān)的探討與研究。

1? ? 5G體系架構(gòu)

1.1? 5G通信的概念

5th Generation簡(jiǎn)稱(chēng)5G通信，即第五代移動(dòng)通信技術(shù)，是繼4G通信以后，由國(guó)際電信聯(lián)盟組織制訂。與2G～4G通信標(biāo)準(zhǔn)不同，5G改變了傳統(tǒng)的以人對(duì)人為主的通信方式，在提升傳輸速率的同時(shí)，突破了以人為主的通信，將人機(jī)、機(jī)機(jī)之間的交互溝通變成了現(xiàn)實(shí)，同時(shí)，著眼于未來(lái)通信，在時(shí)延、吞吐量、連接數(shù)等諸多指標(biāo)也有了較大的提高，給通信用戶(hù)帶來(lái)全新的體驗(yàn)。

1.2? 5G架構(gòu)

5G架構(gòu)主要由5G基站、5G核心網(wǎng)、5G接入網(wǎng)組成，根據(jù)3GPP設(shè)定，將5G標(biāo)準(zhǔn)按照是否獨(dú)立組網(wǎng)分為兩類(lèi)：非獨(dú)立組網(wǎng)和Standalone獨(dú)立組網(wǎng)。前者基于4G基站及其核心網(wǎng)組建，后者獨(dú)立組網(wǎng)，采用完全獨(dú)立的基站與核心網(wǎng)，由于獨(dú)立組網(wǎng)目前不太現(xiàn)實(shí)，需要很大的改造成本，所以，目前以非獨(dú)立組網(wǎng)為主要方向，最終過(guò)渡到獨(dú)立組網(wǎng)方式。依據(jù)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，5G接入網(wǎng)主要包括gNB，ng-eNB兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，前者為5G網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)提供NR的用戶(hù)平面和控制平面協(xié)議和功能，后者為4G網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)提供NR的用戶(hù)平面和控制平面協(xié)議和功能，但兩者接口均為Xn接口。

1.3? 5G移動(dòng)終端特點(diǎn)

5G通信頻率采用大于24 GHz，屬于毫米波。因此，當(dāng)移動(dòng)通信終端接收5G毫米波信號(hào)時(shí)，接收端通過(guò)多天線陣元接收信號(hào)，為獲得理想信號(hào)，采用加權(quán)合成方式處理接收信號(hào)。但是這種技術(shù)是基于多元系統(tǒng)即MIMO，需要在移動(dòng)終端和發(fā)射端采用固定算法、多路傳輸方式進(jìn)行信號(hào)的處理。而5G通信必然需要高密度基站且單位面積上通道數(shù)量龐大，所以干預(yù)失真、功率損耗等是5G通信無(wú)法回避的問(wèn)題，移動(dòng)終端如何自適應(yīng)跟蹤通信就顯得尤為重要。

2? ? 現(xiàn)代自適應(yīng)通信技術(shù)

2.1? 自適應(yīng)通信

自適應(yīng)是指為適應(yīng)工作環(huán)境的變化，而對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)和結(jié)構(gòu)上的自行調(diào)整，不需要人為干預(yù)。自適應(yīng)通信是在自適應(yīng)理論基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，依據(jù)通信條件的變化，通過(guò)在線實(shí)時(shí)調(diào)整系統(tǒng)或設(shè)備自身參數(shù)的無(wú)線通信方式。主要有通信頻率動(dòng)態(tài)自適應(yīng)、自動(dòng)通信設(shè)備終端功率自適應(yīng)、通信時(shí)延自適應(yīng)等。通過(guò)自適應(yīng)通信技術(shù)，可改善短波、超短波通信的抗干擾性、有利于通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。構(gòu)建5G移動(dòng)終端自適應(yīng)系統(tǒng)，通過(guò)應(yīng)用模式信息獲取模塊，有效選擇接入點(diǎn)，確定最優(yōu)應(yīng)用模式進(jìn)行握手通信，建立自適應(yīng)機(jī)制，協(xié)商確定最佳應(yīng)用模式。避免針對(duì)特定的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模式，需要特定的通信終端匹配所帶來(lái)的弊端，使移動(dòng)終端設(shè)備及時(shí)發(fā)現(xiàn)并選擇目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)，使資源分配更充分，接入成功率更高充分利用接入資源，減少移動(dòng)終端設(shè)備額外的延時(shí)和能耗。

2.2? 5G移動(dòng)終端自適應(yīng)模式

5G基礎(chǔ)上建立的移動(dòng)通信系統(tǒng)的終端，用戶(hù)容量大大增加，需要滿(mǎn)足更加多樣化的QoS范圍的業(yè)務(wù)，對(duì)于通信數(shù)據(jù)速率也有更高的要求，無(wú)線移動(dòng)通信終端設(shè)備也必須具備與通信網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)匹配的智能模式。

由于移動(dòng)通信過(guò)程中，存在路徑損耗、陰影效應(yīng)、多徑衰落以及終端設(shè)備位置移動(dòng)等因素，終端設(shè)備在接受無(wú)線信號(hào)時(shí)，也會(huì)受到信道改變的影響而變化[2]。為了適應(yīng)無(wú)線通信信道的改變，保證在信道惡化的情況下能夠有效地通信，需要移動(dòng)終端設(shè)備能夠?qū)崟r(shí)地根據(jù)信道狀態(tài)，調(diào)整接收與發(fā)射功率，實(shí)現(xiàn)終端設(shè)備與無(wú)線信道的在線匹配，提升信道容量的利用率，有效、可靠地傳輸信息，需要終端設(shè)備、基站甚至網(wǎng)絡(luò)布局等具有自適應(yīng)能力?；诖?，提出5G通信設(shè)備的多模式自適應(yīng)模式，其接收路徑中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器為核心，根據(jù)不同類(lèi)型的移動(dòng)通信設(shè)備操作模式對(duì)接收的射頻信號(hào)執(zhí)行ADC功能，采用抽取濾波器，通過(guò)∑-Δ調(diào)制器進(jìn)行信號(hào)分析，確定當(dāng)前操作模式，以改變偏置電流、匹配動(dòng)態(tài)參數(shù)、選定接收模式[3]，實(shí)時(shí)在線提高或降低信號(hào)轉(zhuǎn)換器的性能來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)整終端接收功率，適應(yīng)臨時(shí)通信，有效抑制干擾信號(hào)。

3? ? 結(jié)語(yǔ)

5G應(yīng)用場(chǎng)景必須要支持大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，而5G移動(dòng)通信終端設(shè)備必然對(duì)功耗有更高的要求。特別是近年來(lái)隨著可穿戴產(chǎn)品的發(fā)展，凸現(xiàn)移動(dòng)終端設(shè)備的發(fā)展瓶頸，以智能手表為例，充電頻率高，而使用時(shí)長(zhǎng)又過(guò)短。如果能將移動(dòng)通信終端的功耗盡量降低，在5G應(yīng)用場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)終端設(shè)備的充電次數(shù)縮減即延長(zhǎng)使用時(shí)間，將會(huì)極大改善用戶(hù)體驗(yàn)，促進(jìn)5G通信技術(shù)的快速普及。在5G移動(dòng)通信終端加以算法的改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)功率，改善接收端的信噪比，克服干擾失真，進(jìn)行自適應(yīng)跟蹤，降低能耗將是未來(lái)5G終端設(shè)備的重要發(fā)展方向。

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