基于5G通信大規(guī)模天線無線傳輸技術(shù)的應(yīng)用

景玉峰

（吉林吉大通信設(shè)計(jì)院股份有限公司，吉林 長春 130012）

0 引 言

在信息技術(shù)的不斷普及和應(yīng)用下，5G通信行業(yè)取得了快速的發(fā)展。現(xiàn)如今，5G通信網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)和應(yīng)用極大地改變了人們的交流和溝通方式，為人們的生活和工作提供了極大的便利。大規(guī)模天線無線傳輸技術(shù)在5G通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域中發(fā)揮出重要作用，通過利用該技術(shù)，不僅可以提高5G通信傳輸質(zhì)量和效率，還能起到一定的節(jié)能降耗作用，為保證移動(dòng)通信的穩(wěn)定性、可靠性以及安全性打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。因此，為了促進(jìn)5G通信網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)新、長遠(yuǎn)發(fā)展，如何將大規(guī)模天線無線傳輸技術(shù)科學(xué)應(yīng)用于5G通信網(wǎng)絡(luò)中是相關(guān)人員必須思考和解決的問題。

1 大規(guī)模天線無線傳輸技術(shù)分析

1.1 技術(shù)概述

大規(guī)模天線無線傳輸技術(shù)作為一種先進(jìn)、新穎的波束賦形技術(shù)，在具體的運(yùn)用中，除了可以突破拓展性局限外，還能增加大規(guī)模天線無線系統(tǒng)的規(guī)模，此外通過采用基站獲取的方式，就可以獲得完整、精確的鏈路信道信息，為提高預(yù)編譯性能和線性接收能力打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。另外，該技術(shù)主要使用了多種基站端口，這些基站端口包含大量的天線，除了可以智能化調(diào)整和控制天線發(fā)射位置外，還能確保用戶利用智能手機(jī)，自動(dòng)接收和確認(rèn)電磁波信號，從而使得信號強(qiáng)度不斷增強(qiáng)。

傳統(tǒng)基站和MassiveMIMO對比如圖1所示。從圖中可以看出，大規(guī)模天線無線傳輸技術(shù)充分發(fā)揮了自身的的應(yīng)用優(yōu)勢，使得網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)得到了極大改革和創(chuàng)新，為進(jìn)一步提高5G通信效率和效果，凈化5G通信網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)造良好的條件。此外，為了保證5G通信射頻效率，還要借助大規(guī)模天線無線傳輸技術(shù)加強(qiáng)對有限空間資源的利用，進(jìn)一步提高通信網(wǎng)絡(luò)傳輸效率，拓展資源空間域。

圖1 傳統(tǒng)基站和MassiveMIMO對比

1.2 線性接收與預(yù)編碼方法

在大規(guī)模天線無線傳輸技術(shù)的應(yīng)用背景下，當(dāng)基站成功接收用戶發(fā)送的信號后需要采用接收檢測的方式，將其還原為原始信號，同時(shí)還要在保證信號傳輸安全性的基礎(chǔ)上，做好對信號的預(yù)編譯處理。此外，為了充分發(fā)揮和利用大規(guī)模天線無線傳輸技術(shù)應(yīng)用價(jià)值，相關(guān)人員要采用線性接收與預(yù)編碼方法相結(jié)合的方式，根據(jù)基站信道估計(jì)方法使用特點(diǎn)，不斷提高導(dǎo)頻訓(xùn)練能力，并借助迫零接收機(jī)，實(shí)現(xiàn)對預(yù)編譯相關(guān)信息的安全傳輸，為保證5G通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)水平提供有力的保障。只有這樣，才能最大限度地提高線性接收性能與預(yù)編碼性能，不斷優(yōu)化5G通信網(wǎng)絡(luò)，為人們的通信互動(dòng)提供極大的便利。

2 5G通信大規(guī)模天線無線傳輸技術(shù)的具體應(yīng)用

2.1 導(dǎo)頻設(shè)計(jì)

為了進(jìn)一步提高大規(guī)模天線無線系統(tǒng)運(yùn)行性能，實(shí)現(xiàn)對5G通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，相關(guān)人員要借助大規(guī)模天線無線傳輸技術(shù)，加強(qiáng)對導(dǎo)頻的合理設(shè)計(jì)。首先，參考信號是否穩(wěn)定直接影響了信道估計(jì)結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此相關(guān)人員要利用大規(guī)模天線無線系統(tǒng)，加強(qiáng)對參考信號的科學(xué)設(shè)計(jì)，以保證信道估計(jì)結(jié)果的真實(shí)性、完整性以及準(zhǔn)確性。此外，參考信號主要包含以下兩種信號，一種信號用于對信號質(zhì)量的獲取，另一種信號用于對數(shù)據(jù)的解調(diào)處理[1]。前者主要采用全方位發(fā)送方式，縮小資源占有空間，保證信道最終測試質(zhì)量，后者主要采用為大規(guī)模天線無線系統(tǒng)運(yùn)行提供數(shù)據(jù)解調(diào)支持，同時(shí)還能在縮小成本的基礎(chǔ)上，采用預(yù)編碼方式完成對導(dǎo)頻設(shè)計(jì)。

對于導(dǎo)頻設(shè)計(jì)而言，主要包含以下兩個(gè)環(huán)節(jié)。一是正交導(dǎo)頻設(shè)計(jì)。在這一環(huán)節(jié)中需要借助頻分類型和混合正交類型完成對參考信號的科學(xué)設(shè)計(jì)，同時(shí)還要利用正交導(dǎo)頻技術(shù)確保大規(guī)模天線無線系統(tǒng)具有強(qiáng)大的抗干擾能力[2]。二是非正交導(dǎo)頻設(shè)計(jì)。非正交導(dǎo)頻被劃分為復(fù)用性導(dǎo)頻設(shè)計(jì)和疊加數(shù)據(jù)導(dǎo)頻兩種類型，前者在具體的實(shí)施中會(huì)產(chǎn)生較高的干擾能力，對導(dǎo)頻結(jié)果的準(zhǔn)確性產(chǎn)生不良的影響，后者會(huì)引發(fā)一系列的導(dǎo)頻污染，影響信道估計(jì)結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此為了保證導(dǎo)頻設(shè)計(jì)質(zhì)量，相關(guān)人員要控制導(dǎo)頻設(shè)計(jì)時(shí)間，采用低干擾方式，盡可能降低大規(guī)模天線無線系統(tǒng)的抗干擾能力，同時(shí)還要不斷增加天線使用量，避免導(dǎo)頻污染現(xiàn)象的發(fā)生，從而有效地解決非正交大規(guī)模天線無線傳輸技術(shù)所造成的不良問題[3]。

2.2 信道估計(jì)

對于大規(guī)模天線無線系統(tǒng)而言，其信道估計(jì)方法具有一定的復(fù)雜性和多樣性，而大規(guī)模天線無線傳輸技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用可以簡化信道估計(jì)方法，對提高大規(guī)模天線無線系統(tǒng)運(yùn)行性能，保證5G通信能力產(chǎn)生積極影響。首先，相關(guān)人員要根據(jù)MIMO信道特性，借助信號處理算法，獲得準(zhǔn)確無誤的信道估計(jì)結(jié)果，使得信道估計(jì)方法充分發(fā)揮出巨大的應(yīng)用優(yōu)勢。此外，還要根據(jù)MIMO信道角度完成對稀疏信道建模工作，同時(shí)在充分結(jié)合參數(shù)化計(jì)算法與壓縮感知法的基礎(chǔ)上不斷提高信道估計(jì)結(jié)果的準(zhǔn)確性，只有這樣才能為5G通信網(wǎng)絡(luò)提供穩(wěn)定、可靠的傳輸信號[4]。另外，壓縮感知算法包含兩種算法類型，一種是正交匹配追蹤法，另一種是匹配值宗法。通過利用這兩種算法，可以進(jìn)一步提高信道估計(jì)結(jié)果的真實(shí)性和精確性，使得子空間被得以充分利用。同時(shí)，為了更好地縮小導(dǎo)頻成本，相關(guān)人員還要借助大規(guī)模天線無線系統(tǒng)，對信道估計(jì)精度進(jìn)行調(diào)整，以避免導(dǎo)頻污染現(xiàn)象的發(fā)生[5]。導(dǎo)頻污染示意如圖2所示，這種使用方法主要是在MIMO信道正交特性的基礎(chǔ)上提出的，通過利用該方法不僅可以徹底消除矩陣模糊度，還能提高信道估計(jì)結(jié)果的精確性。

圖2 導(dǎo)頻污染

2.3 多小區(qū)大規(guī)模功率分配

通過將大規(guī)模天線無線傳輸技術(shù)應(yīng)用于多小區(qū)大規(guī)模功率分配，不僅可以實(shí)現(xiàn)對大規(guī)模天線無線系統(tǒng)功率的科學(xué)分配，還能為通信數(shù)據(jù)傳輸安全性和可靠性打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，因此在大規(guī)模天線無線傳輸技術(shù)的應(yīng)用背景下，相關(guān)人員要加強(qiáng)對多小區(qū)大規(guī)模功率的科學(xué)分配。首先，要根據(jù)多小區(qū)功率控制機(jī)制，盡可能縮小各個(gè)小區(qū)之間的抗干擾能力，確保多小區(qū)大規(guī)模功率分布的連續(xù)性和均勻性[6]。其次要控制和調(diào)整多個(gè)小區(qū)調(diào)度順序，從而形成一套系統(tǒng)完善的功率控制方案，只有這樣才能保證小區(qū)速率達(dá)到最大值。最后在綜合考慮用戶發(fā)送功率的基礎(chǔ)上，使用功率控制方案不斷累積小區(qū)速率，確保各個(gè)小區(qū)能夠突破基站約束的局限性，實(shí)現(xiàn)對通信數(shù)據(jù)的安全傳輸。此外，為了降低多小區(qū)發(fā)送功率，還要適量增加天線使用數(shù)量。要想實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，相關(guān)人員需使用迫零接收機(jī)，利用大規(guī)模天線無線傳輸技術(shù)，制定和完善調(diào)度式功率控制機(jī)制，從而提高5G通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行性能。

2.4 劃分大規(guī)模天線無線系統(tǒng)資源

為了充分發(fā)揮和利用大規(guī)模天線無線傳輸技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，相關(guān)人員要重視對大規(guī)模天線無線系統(tǒng)資源的科學(xué)劃分，以達(dá)到提高資源利用率的目的。首先，要根據(jù)大規(guī)模天線無線系統(tǒng)使用需求，無線資源管理相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求，充分發(fā)揮和利用該系統(tǒng)效能，然后根據(jù)已制定好的設(shè)計(jì)方案，對系統(tǒng)資源進(jìn)行科學(xué)分配。其次，以MIMO技術(shù)應(yīng)用為例，對系統(tǒng)資源進(jìn)行合理分配。MIMO技術(shù)作為一種常用的先進(jìn)技術(shù)，在具體的運(yùn)用中需要利用空分復(fù)用法，完成對相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，空分復(fù)用的基本形式如圖3所示。但是，空分復(fù)用法在具體的應(yīng)用中經(jīng)常會(huì)受到用戶分簇的不良影響，為了解決這一問題，需要制定相應(yīng)的目標(biāo)，以實(shí)現(xiàn)容量的最大化，同時(shí)還要實(shí)時(shí)收集和整理信道信息，并采用貪婪算法，對各個(gè)用戶進(jìn)行分簇處理，從而實(shí)現(xiàn)對特征類似信道信息的集中化收集和整理，并將整理好的信道信息科學(xué)地分配到不同用戶簇內(nèi)[7]。分簇法在實(shí)際的使用中，往往存在一定的局限性，還會(huì)對用戶產(chǎn)生間接性的不良影響，從而嚴(yán)重影響信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性，為了避免這一不良現(xiàn)象的發(fā)生，相關(guān)人員要將弦距離設(shè)置為分簇度量，并使用最優(yōu)算法，對系統(tǒng)資源進(jìn)行科學(xué)分配，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)資源合理劃分的目標(biāo)[8-10]。

圖3 空分重用的基本形式

3 結(jié) 論

通過將大規(guī)模天線無線傳輸技術(shù)與5G通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)進(jìn)行充分結(jié)合，不僅可以保證5G通信網(wǎng)絡(luò)信號的穩(wěn)定性、可靠性以及安全性，還能降低能源消耗量，為滿足人們的通信需求，實(shí)現(xiàn)對通信數(shù)據(jù)的有效保護(hù)提供有力的保障。因此，在進(jìn)行5G通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，相關(guān)人員要重視對該技術(shù)的應(yīng)用，只有這樣才能極大地提高5G通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)水平。