無線傳輸技術(shù)在5G中的應(yīng)用研究

劉 銳

（中國通信建設(shè)第二工程局有限公司，陜西 西安 710119）

基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)時(shí)代，5G通信技術(shù)將被廣泛應(yīng)用在各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域中，能夠有效滿足不同層次用戶對(duì)于網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)的各項(xiàng)要求。5G通信技術(shù)的傳輸速率最高能夠達(dá)到4G通信技術(shù)的100倍，實(shí)現(xiàn)10Gb/s的峰值速率。而在超低時(shí)延方面，5G通信技術(shù)的空口時(shí)延能夠低至1毫秒，僅僅只有4G通信技術(shù)的十分之一。在5G通信技術(shù)發(fā)展過程中無線傳輸技術(shù)作為一項(xiàng)極為重要的核心技術(shù)內(nèi)容，值得相關(guān)工作人員的深入研究應(yīng)用，當(dāng)前常用的無線傳輸技術(shù)主要包括了大規(guī)模MIMO技術(shù)、信道建模與編碼技術(shù)以及同時(shí)同頻全雙工技術(shù)等。

1 5G移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

5G移動(dòng)通信技術(shù)是4G之后所延伸出來的新一代通信技術(shù)，因此又被人們稱作為第五代移動(dòng)通信技術(shù)，該項(xiàng)通信技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用能夠保障用戶信息數(shù)據(jù)傳輸過程更加安全穩(wěn)定，并且傳輸效率有了質(zhì)的提升，能夠讓市場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)用戶享受到更為優(yōu)質(zhì)高效的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)服務(wù)。近幾年5G移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展腳步不斷加快，已經(jīng)在超過30個(gè)國家地區(qū)實(shí)現(xiàn)了商用5G的發(fā)展，越來越多的5G手機(jī)出現(xiàn)在大眾視野面前，而各行各業(yè)也開始引進(jìn)應(yīng)用5G技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自身的革新發(fā)展。在我國通信行業(yè)中，移動(dòng)、電信、聯(lián)通開始加大對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)基站的建設(shè)投資力度，準(zhǔn)備在2020年建設(shè)超過30萬個(gè)的5G網(wǎng)絡(luò)基站，確保5G網(wǎng)絡(luò)能夠順利覆蓋到全國范圍的所有地級(jí)以上城市。5G移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展逐漸成熟完善，也正在持續(xù)擴(kuò)大市場(chǎng)商用規(guī)模，像目前我國網(wǎng)絡(luò)通信市場(chǎng)上已經(jīng)有超過500萬個(gè)用戶選擇簽約了5G網(wǎng)絡(luò)套餐。相較于上一代的4G移動(dòng)通信技術(shù)，5G移動(dòng)通信技術(shù)傳輸頻率更高、傳輸效率更快以及傳輸安全穩(wěn)定性更好[1]，受到了各界人士的高度關(guān)注，未來將會(huì)有更多國家參與到5G通信技術(shù)建設(shè)中，促使該項(xiàng)先進(jìn)通信技術(shù)在全球范圍內(nèi)得到蓬勃發(fā)展。

2 無線傳輸技術(shù)在5G中的實(shí)踐應(yīng)用

2.1 信道建模與編碼技術(shù)的應(yīng)用

信道建模實(shí)質(zhì)是指一種表征發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的傳播路徑，并利用相關(guān)系列參數(shù)抽象地描述無線環(huán)境的方式，同時(shí)也是科學(xué)評(píng)估無線技術(shù)性能的最佳手段之一。由于系統(tǒng)運(yùn)行性能會(huì)受到無線信號(hào)傳播路徑的時(shí)變隨機(jī)性的影響，相關(guān)技術(shù)人員需要通過采取合理構(gòu)建信道模型的方式，去科學(xué)有效刻畫無線信號(hào)的實(shí)際傳播形式。在我國5G通信技術(shù)大力發(fā)展背景下，信道建模表現(xiàn)出了多種明顯的新特征，主要體現(xiàn)為以下幾方面內(nèi)容：（1）空間連續(xù)性與移動(dòng)性。在傳統(tǒng)信道模型構(gòu)建過程中，其發(fā)送端位置通常是固定不變的，而D2D技術(shù)應(yīng)用下的系統(tǒng)發(fā)送端與接收端具有雙移動(dòng)性的特點(diǎn)，這也決定了傳統(tǒng)信道模型無法適用于現(xiàn)代5G通信系統(tǒng)。因此，市場(chǎng)上從事信道建模工作的研究機(jī)構(gòu)開始針對(duì)空間連續(xù)性與移動(dòng)性的特點(diǎn)，創(chuàng)新構(gòu)建出了用來可續(xù)描述D2D信道的雙移動(dòng)性和空間移動(dòng)性[2]；（2）大規(guī)模多天線陣列。在5G通信技術(shù)大力發(fā)展背景環(huán)境下，市場(chǎng)無線傳輸技術(shù)研究機(jī)構(gòu)要想有效提升信道容量和頻率利用率，就必須創(chuàng)新開發(fā)應(yīng)用大規(guī)模多天線技術(shù)，這樣一來對(duì)信道建模工作就提出了新的要求。信道建模工作人員需要通過以球面波信道建模去代替?zhèn)鹘y(tǒng)的平面波；（3）高頻段信道特性。在5G通信技術(shù)應(yīng)用下，短距離無線通信需要支持更大的數(shù)據(jù)傳輸率，通過創(chuàng)新發(fā)展毫米波段能夠發(fā)揮出大量未使用頻譜資源的價(jià)值作用。因此，市場(chǎng)上有越來越多的研究機(jī)構(gòu)開始圍繞其展開建模工作研究，毫米波信道具有對(duì)動(dòng)態(tài)環(huán)境敏感、散射大以及損耗高等不同新特點(diǎn)。

在5G通信技術(shù)運(yùn)行環(huán)境中，其信道需要采用能量利用率高、抗干擾能力強(qiáng)、頻率利用率高以及系統(tǒng)延遲低的先進(jìn)編碼方式。當(dāng)前市場(chǎng)上常用的兩種編碼方式是低密度奇偶校驗(yàn)（LDPC）碼和極化（polar）碼，前者LDPC編碼方式具有良好的抗干擾能力，但是對(duì)于編碼人員專業(yè)能力提出了更高的要求，實(shí)際編譯碼過程較為復(fù)雜，需要有關(guān)機(jī)構(gòu)創(chuàng)新研究出低復(fù)雜度的編譯碼算法。后者polar編碼方式是一種前項(xiàng)目糾錯(cuò)的編碼方式，其部分信道趨于無誤碼的完美信道，而另一部分額信道則趨于純?cè)肼曅诺?。信道編碼工作人員需要結(jié)合這兩種不同編碼方式在5G網(wǎng)絡(luò)中的不同碼長應(yīng)用優(yōu)勢(shì)進(jìn)行確定運(yùn)用那種，雖然說polar碼的實(shí)際編譯碼復(fù)雜度較低，無需工作人員承擔(dān)過重的工作任務(wù)量，但是其頻帶利用率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于LDPC碼，并且polar碼的中短碼長下性能也要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于LDPC碼。

2.2 大規(guī)模MIMO技術(shù)

大規(guī)模MIMO技術(shù)的英文全稱為Multiple-Input Multiple-Output，我們可以將其理解成2個(gè)輸入+2個(gè)輸出，該項(xiàng)技術(shù)綜合運(yùn)用了多個(gè)發(fā)射和接收天線，能夠科學(xué)高效完成信號(hào)端與端之間的發(fā)送和接受工作。與傳統(tǒng)SISO技術(shù)相比較，大規(guī)模MIMO技術(shù)在5G通信中的應(yīng)用能夠最大程度提升信道容量，并且還可以提供更好的吞吐量和頻譜效率。大規(guī)模MIMO技術(shù)已經(jīng)準(zhǔn)備好實(shí)現(xiàn)LTE網(wǎng)絡(luò)中高性價(jià)比地提供容量密度的承諾，同時(shí)還為全世界5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)發(fā)展打下了有利基礎(chǔ)。目前市場(chǎng)上大規(guī)模的MIMO供應(yīng)商生態(tài)系統(tǒng)主要包括了華為、愛立信、諾基亞、康普以及中性等通信廠商[3]。5G通信技術(shù)的運(yùn)行所運(yùn)用到的發(fā)射和接收天線數(shù)量是巨大的，而MIMO技術(shù)的信道容量是與收發(fā)天線中的最小值近似呈線性關(guān)系的。在現(xiàn)代5G通信技術(shù)中大規(guī)模MIMO技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)內(nèi)容：（1）MIMO技術(shù)能夠在不用增加5G基站密度和寬帶建設(shè)的情況下，最大程度提升網(wǎng)絡(luò)傳輸頻譜效率，并深入挖掘利用好空間資源；（2）MIMO技術(shù)通過采用了波束賦形技術(shù)，有效將波束集中在一小塊區(qū)域內(nèi)，這樣無疑能夠有效降低外界干擾率；（3）MIMO技術(shù)應(yīng)用能夠促使系統(tǒng)并行傳輸數(shù)據(jù)流，從而幫助系統(tǒng)運(yùn)行過程中降低信號(hào)衰減，避免誤碼問題的頻繁發(fā)生。

2.3 同時(shí)同頻全雙工技術(shù)

同時(shí)同頻全雙工技術(shù)實(shí)質(zhì)是指基于先進(jìn)通信終端設(shè)備完成同時(shí)發(fā)送和接收信息，與傳統(tǒng)的TDD和FDD技術(shù)相比較，該項(xiàng)技術(shù)在5G中應(yīng)用的頻譜效率要高于他們的一倍，這樣一來就能夠?qū)崿F(xiàn)更為靈活的分配頻譜資源，并且提高網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息的傳播效率，提升市場(chǎng)用戶的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)服務(wù)水平。然而在5G中使用同時(shí)同頻全雙工技術(shù)時(shí)，相關(guān)工作人員需要充分考慮到信號(hào)發(fā)射與接收會(huì)較為容易受到外界干擾，這樣就會(huì)無法順利實(shí)現(xiàn)信息的雙向傳播，所以當(dāng)在5G中采用同時(shí)同頻全雙工技術(shù)時(shí)需要確保其具備極好的對(duì)抗外界干擾能力[4]。現(xiàn)代5G通信技術(shù)通過創(chuàng)新采用同時(shí)同頻全雙工技術(shù)，能夠充分保障信道傳輸良好的質(zhì)量和效率，就是需要有關(guān)工作人員深入研究解決信號(hào)發(fā)射與接收的抗干擾能力，加強(qiáng)對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的干擾因素消除問題創(chuàng)新研究。當(dāng)前市場(chǎng)上工作人員主要是通過使用物理層消除干擾的手段去進(jìn)消除自干擾，然而在大寬帶、多天線等復(fù)雜干擾下的干擾消除技術(shù)還需進(jìn)行下一步的完善研究，提供出更好的解決方案。

3 結(jié)束語

綜上所述，在現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展過程中通信技術(shù)的創(chuàng)新研究應(yīng)用變得尤為重要，其在各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用能夠創(chuàng)造出眾多現(xiàn)時(shí)價(jià)值。因此，國家政府要針對(duì)5G通信技術(shù)建設(shè)及時(shí)制定頒布相關(guān)扶持政策措施，引導(dǎo)社會(huì)企業(yè)加大對(duì)5G通信技術(shù)的創(chuàng)新研發(fā)和投資力度，確保能夠在世界范圍內(nèi)始終處于領(lǐng)先位置。在5G通信研究中無線傳輸技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用是一項(xiàng)重要內(nèi)容，相關(guān)機(jī)構(gòu)工作人員要深入研究無線傳輸技術(shù)，確保能夠利用該項(xiàng)技術(shù)全面提升5G 的傳輸質(zhì)量和效率，有效解決目前移動(dòng)通信波段資源面臨枯竭的問題，為市場(chǎng)廣大用戶提供更為優(yōu)質(zhì)安全的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。