面向5G的毫米波D2D通信技術(shù)研究

顧歷 浙江省郵電工程建設(shè)有限公司

D2D通信技術(shù)是5G移動(dòng)通信傳輸技術(shù)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)在具體應(yīng)用過程中的一項(xiàng)重要特點(diǎn)就是能夠在距離較近終端構(gòu)建直接通信鏈路，并且在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，不需要利用基站中轉(zhuǎn)。通過對(duì)D2D通信技術(shù)進(jìn)行合理應(yīng)用，可以使用戶間數(shù)據(jù)傳輸速度得到提高，提高通信系統(tǒng)在具體應(yīng)用過程中的可靠性。

1 5G網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)

(1）峰值速率可以達(dá)到Gbit/s標(biāo)準(zhǔn)，能夠滿足虛擬現(xiàn)實(shí)，以及高清視頻等大數(shù)據(jù)數(shù)傳需求。

(2）具有超大網(wǎng)絡(luò)容量，可以滿足物聯(lián)網(wǎng)通信的具體需求。

(3）用戶對(duì)5G進(jìn)行應(yīng)用，體驗(yàn)速度可以達(dá)到100Mbit/s。

(4）連接密度和流量密度都得到了幅度提升，使用戶在對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用過程中能夠具有更好地應(yīng)用體驗(yàn)。

2 毫米波通信的特點(diǎn)

(1）毫米波波長極端，可以對(duì)自適應(yīng)波束賦形和MIMO技術(shù)等各種空間處理技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，從而可以得到良好的保密性和方向性。

(2）能夠分配更大帶寬。

(3）具有豐富的頻譜資源，不同頻段距離相對(duì)較近，這也致使不同頻段在是實(shí)際應(yīng)用期間，有著相似性質(zhì)。

(4）空間傳輸過程中會(huì)發(fā)生較大損耗，并且有著較強(qiáng)的抗干擾能力。需要注意的是，因?yàn)樽杂煽臻g傳播損耗情況與載波頻平方成正比關(guān)系，這就導(dǎo)致毫米通信傳播過程中發(fā)生的損耗量與低頻通信相比更高，同時(shí)，該特性的存在，也起到了減小同頻干擾的作用。

毫米波波長短的特性致使其在遇到障礙物時(shí)，發(fā)生的衍射效果相對(duì)較差，并且其穿透物體能力相對(duì)較弱，因此，在具體應(yīng)用期間，經(jīng)常會(huì)發(fā)生阻擋效應(yīng)，這一情況的存在，會(huì)導(dǎo)致毫米波在蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中的具體傳播遭受到了較為嚴(yán)重的限制。

低頻段通信期間，為了實(shí)現(xiàn)高速傳輸，獲取更大網(wǎng)絡(luò)容量，人們?cè)趯?duì)該項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行研究過程中，從物理層面提出了許多方法，試圖對(duì)存在的問題加以解決，例如信道編碼技術(shù)、多天線技術(shù)等。但是，從實(shí)際情況來看，從物理層面入手，難以獲取更多增益，這就無法滿足人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不斷提高的需求，因此，在日后發(fā)展過程中，相關(guān)工作人員必須不斷加強(qiáng)對(duì)可用頻譜的探索。通過對(duì)毫米波通信技術(shù)的應(yīng)用，使兩用戶之間的傳播速率達(dá)到Gb/s成為了可能。

3 毫米波D2D通信技術(shù)分析

合理的將毫米波與D2D通信技術(shù)兩者進(jìn)行結(jié)合，從而使揮毫米波通信與D2D通信兩者的優(yōu)勢(shì)得到全面發(fā)揮，這是5G移動(dòng)通信發(fā)展過程中，人們重點(diǎn)研究的一項(xiàng)內(nèi)容。毫米波通信中，相近用戶可以對(duì)D2D通信技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，并且能夠?qū)崿F(xiàn)并發(fā)傳輸，這可以使系統(tǒng)在具體運(yùn)行過程中的傳輸效率得到進(jìn)一步提升，需要注意的是，毫米波高頻段會(huì)導(dǎo)致2D設(shè)備開銷。在實(shí)際問題分析過程中，依據(jù)毫米波通信到的具體空間結(jié)構(gòu)，將將預(yù)編碼/組合器問題進(jìn)行轉(zhuǎn)化，從而使該項(xiàng)問題最終轉(zhuǎn)變?yōu)橄∈钄?shù)據(jù)重構(gòu)問題，并且在該過程中，可以依據(jù)具體情況，提出接近最優(yōu)預(yù)編碼器和組合器的具體算法，最終將其合理應(yīng)用在低開銷射頻硬件中，而從實(shí)際應(yīng)用情況來看也取得了不錯(cuò)的應(yīng)用效果。

通過對(duì)D2D通信技術(shù)的合理應(yīng)用，可以使原有毫米波阻塞鏈路發(fā)生改變，最終將會(huì)變成多跳視距通信鏈路，通過這種轉(zhuǎn)變能夠使毫米波通信質(zhì)量滿足應(yīng)用需求，這也使該方面得到了相關(guān)研究人員的重視。設(shè)計(jì)合理路徑，進(jìn)行算法、D2D并發(fā)傳輸方法選擇，可以進(jìn)行多跳傳輸路徑構(gòu)建，進(jìn)而使系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過程中的傳輸速率能夠得到進(jìn)一步提升。

除此之外，也可以對(duì)混合通信模式進(jìn)行應(yīng)用，在鏈路并未發(fā)生堵塞的情況下對(duì)毫米波頻段進(jìn)行應(yīng)用，完成相應(yīng)通信，而在其它情況下，在通信時(shí)則應(yīng)對(duì)對(duì)低頻段進(jìn)行應(yīng)用。利用這種混合通信方式，使毫米波通信寬頻帶特點(diǎn)能夠得到合理發(fā)揮，同時(shí)，也有效避免了以毫米波為基礎(chǔ)的無線傳輸?shù)腄2D通信系統(tǒng)在應(yīng)用過程中，由于鏈路發(fā)生阻塞情況，而導(dǎo)致?lián)p耗過高現(xiàn)象的發(fā)生。

對(duì)于中繼毫米波通信系統(tǒng)來說，在對(duì)其進(jìn)行分析時(shí)要考慮毫米波傳輸期間，高損耗和阻塞特點(diǎn)，對(duì)資源的具體分配情況設(shè)計(jì)一個(gè)合理方案，從而使系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過程中的可達(dá)速率得到提高，同時(shí)，也能夠使能量效率得到提高，并且降低了總發(fā)射功率。此外，在具體設(shè)計(jì)過程中，還要對(duì)系統(tǒng)總量與總發(fā)射功率兩者間的折衷進(jìn)行全面考慮，只有這樣才能保證最終設(shè)計(jì)的合理性。

4 協(xié)作傳輸分析

毫米波在具體應(yīng)用期間具有容易遭受阻擋、信道損耗過大等多項(xiàng)缺點(diǎn)，這也該項(xiàng)技術(shù)是否能夠在蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)中應(yīng)用遭受爭(zhēng)議關(guān)鍵原因。無線信號(hào)在具體傳輸過程中以大氣為介質(zhì)，具體傳輸作業(yè)會(huì)受到濕度、氧氣、降雨等各項(xiàng)資源因素影響，這將會(huì)導(dǎo)致信號(hào)在傳輸過程中發(fā)生減弱。通過對(duì)現(xiàn)有信道測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，隨著無線信號(hào)頻率的增高，具體傳統(tǒng)過程中，發(fā)生的損耗也就越大。因此，應(yīng)對(duì)針對(duì)不同區(qū)域的不同自然環(huán)境，要事先做好鏈路預(yù)算，對(duì)該區(qū)范圍內(nèi)，毫米波在應(yīng)用過程中的最大傳輸距離進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，從而使因?yàn)樽匀画h(huán)境影響，而發(fā)生的毫米波鏈路中斷情況得到解決。毫米波在實(shí)際傳輸期間容易受到車輛、建筑物、人體等各種物體的阻擋，因此，在日后的研究過程中，應(yīng)對(duì)加強(qiáng)對(duì)如何克服阻擋效應(yīng)內(nèi)容的研究。

毫米波無線信道與4G系統(tǒng)中信道環(huán)境相比，前者具有更強(qiáng)的指向性，局部信道質(zhì)量也得到了顯著提升，但是，受阻擋效應(yīng)和用戶運(yùn)動(dòng)影響，在傳輸期間可能會(huì)使系統(tǒng)通信發(fā)生中斷，可以通過預(yù)測(cè)和估計(jì)的方式有效評(píng)估鏈路通信道質(zhì)量，同時(shí)，要通過動(dòng)態(tài)方式對(duì)傳輸參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)自適應(yīng)匹配鏈路信道波動(dòng)的匹配。

毫米波通信期間，受用戶干擾影響情況會(huì)大幅減低，此時(shí)，系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，能夠支持大量用戶進(jìn)行D2D通信，也就是說系統(tǒng)在應(yīng)用期間，能夠容納大量中繼傳輸用戶。進(jìn)而對(duì)毫米波D2D通信期間的中繼選擇方案進(jìn)行深入研究，從而在合理結(jié)合放大、譯碼、壓縮轉(zhuǎn)碼等中繼協(xié)議，完成對(duì)中繼選擇方法的合理合計(jì)使信號(hào)傳輸過程中有效距離得到進(jìn)一步提高。

5 結(jié)束語

人們對(duì)5G的研究已經(jīng)有一段時(shí)間，隨著人們對(duì)其研究的不斷深入，該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)十分成熟，在2020年，5G將會(huì)實(shí)現(xiàn)全面商用，5G網(wǎng)絡(luò)中系統(tǒng)各項(xiàng)性能與4G網(wǎng)絡(luò)中的系統(tǒng)相比，都將會(huì)得到顯著提升。毫米波無線傳輸和D2D技術(shù)作為5G中的一項(xiàng)重要技術(shù)，其勢(shì)必會(huì)成為人們研究的一項(xiàng)關(guān)鍵內(nèi)容。因此，在對(duì)5G的應(yīng)用過程中，相關(guān)工作人員應(yīng)對(duì)不斷加強(qiáng)對(duì)該項(xiàng)內(nèi)容的研究，進(jìn)而使5G的應(yīng)用可以變得更加合理。