5G通信網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模天線技術(shù)

宋立臣 高宏亮 焦安群 陳超

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司黑龍江分公司 黑龍江省哈爾濱市 150000）

隨著時(shí)代的快速發(fā)展，通信產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化技術(shù)水平也隨之提高，從而使系統(tǒng)的能源資源管控得以促進(jìn)。5G 網(wǎng)絡(luò)逐漸成為人們最常用的一項(xiàng)通信技術(shù)，為了更好地發(fā)展5G 網(wǎng)絡(luò)，需要在原有4G 的基礎(chǔ)上，充分提高通信傳輸技術(shù)水平，在原有的基礎(chǔ)上降低能耗并提高移動(dòng)通信的效率。為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)5G 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的民用，需要不斷促進(jìn)大規(guī)模天線技術(shù)的使用，開(kāi)辟多元化的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，從而促進(jìn)5G 通信網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的發(fā)展。

1 5G 通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)逐漸發(fā)展起來(lái)，與部分發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)水平齊頭并進(jìn)，基于原始的總體移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、編碼技術(shù)和傳輸手法等層面發(fā)展起來(lái)的新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)乃俣纫约熬W(wǎng)絡(luò)信息切換的頻率。從目前的情況來(lái)看，5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)尚未大規(guī)模的推廣開(kāi)來(lái)，但是在我國(guó)各行各業(yè)的應(yīng)用具有較為廣闊的發(fā)展前景。相比4G 無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，新型技術(shù)能夠顯著降低民眾使用的能耗，為了進(jìn)一步完善5G 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在生產(chǎn)制造的過(guò)程中，采用的無(wú)線天線的線路也需要相應(yīng)的增加，能夠提高民眾搜索及接收信息的效率，減少用戶搜索信息等待的時(shí)間。5G 通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是我國(guó)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)新的發(fā)展起點(diǎn)，對(duì)于日常家庭生活更具有實(shí)用性，能夠有效降低家庭資源的消耗[1]。

2 5G通信網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模天線技術(shù)存在的問(wèn)題

目前，我國(guó)通信網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模天線能夠在100MHz 帶寬下實(shí)現(xiàn)4Gb/s 的峰值速率，但距離5G 通信網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模天線技術(shù)普遍民用還具有一定的距離，需要進(jìn)一步完善5G 通信網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模天線技術(shù)，克服5G 網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模天線使用的難度。

2.1 大幅增加的天線數(shù)量

天線尺寸和天線數(shù)量有著直接的聯(lián)系，一方數(shù)量增多的同時(shí)，必然放大另一方天線的尺寸。如果增加天線數(shù)量，在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上使用大規(guī)模天線技術(shù)，將會(huì)導(dǎo)致天線的尺寸無(wú)法滿足目前工程可以接受的范圍，基于工程建設(shè)的安全性來(lái)考慮，從民眾和業(yè)主的心理層面出發(fā)，按照工程建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)通信技術(shù)進(jìn)行改造，如：毫米波技術(shù)，確?；窘ㄔO(shè)方案的可行性。傳統(tǒng)的信道建模多基于平面波傳播，并不適合采用大規(guī)模的天線，隨著大幅增加的天線數(shù)量，需要進(jìn)一步提高空間利用效率，降低天線的使用尺寸，進(jìn)一步拓展到二維平面或者三維陣列[2]。

2.2 大模塊天線捕捉不同終端的信號(hào)

從我國(guó)5G 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信的發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)說(shuō)，最主要的研究任務(wù)是針對(duì)大模塊天線如何快速、準(zhǔn)確捕捉不同終端的信號(hào)，并確保每一根天線之間的信道信息精確，并盡量降低中斷信號(hào)捕捉費(fèi)用的消耗。當(dāng)前使用的FDD 系統(tǒng)不具有較好的互易性，為了大規(guī)模天線的發(fā)展，需要基于FDD 系統(tǒng)對(duì)信道、導(dǎo)頻進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。為了降低系統(tǒng)計(jì)算的復(fù)雜性，需要采取合適的調(diào)度算法，盡量降低多個(gè)用戶傳輸存在的難度，盡量解決阻礙大規(guī)模天線使用的難題。

3 5G通信網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模天線技術(shù)的理論研究

隨著我國(guó)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷提高，通信產(chǎn)業(yè)將迎來(lái)新的發(fā)展浪潮，基于第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的背景，將產(chǎn)生全新的通信網(wǎng)絡(luò)研究理論。我國(guó)通信網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域的相關(guān)人員對(duì)5G 通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)合大規(guī)模天線技術(shù)進(jìn)行有效研究，對(duì)其信息的傳輸容量進(jìn)行合理分析，從而獲取相關(guān)的數(shù)學(xué)理論和通信等內(nèi)容。我國(guó)大規(guī)模天線技術(shù)在通信領(lǐng)域做出巨大的貢獻(xiàn)，如：蜂窩形式的通信，但5G 通信網(wǎng)絡(luò)中的大規(guī)模天線技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展并不完善，需要相關(guān)人員進(jìn)一步對(duì)其展開(kāi)研究。

3.1 傳輸信息理論分析

在我國(guó)的5G 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過(guò)程中，通信技術(shù)的數(shù)據(jù)信息量與用戶人數(shù)有關(guān)，隨著用戶人數(shù)的不斷增加，會(huì)同時(shí)增加原有基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)信息量，為通信傳輸技術(shù)的創(chuàng)新帶來(lái)一定的阻礙。在獲取信息的過(guò)程中，需要合理控制導(dǎo)頻，并提高使用的資金。除此之外，完善導(dǎo)頻技術(shù)的研究體系，需要合理提高信息數(shù)據(jù)的獲取難度，并充分發(fā)揮導(dǎo)頻效果以及實(shí)際性能，基于互異性原則合理管控資金的運(yùn)行。對(duì)于初始的天線系統(tǒng)而言，基站的天線用戶數(shù)量增加的同時(shí)，會(huì)降低信息獲取速度，從而降低資金的投入量，減少導(dǎo)頻的數(shù)量并降低信息獲取存在的阻礙，充分發(fā)揮資源價(jià)值，從而實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)南嚓P(guān)價(jià)值最大化[3]。

3.2 大規(guī)模天線無(wú)線理論分析

在5G 網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模天線無(wú)線的傳輸過(guò)程中，需要在廣播和介入信道的傳輸渠道中融入各種技術(shù)，基于理論層面，為了有效實(shí)現(xiàn)無(wú)紙編碼，需要在信息通道及時(shí)檢查獲取的相關(guān)信息，并合理控制其容量。隨著不斷增加的系統(tǒng)和天線，會(huì)進(jìn)一步降低系統(tǒng)在傳輸層面的性能，基于不同的理論研究，需要合并其使用最大比率，降低上行、下行之間的信息傳輸存在的難度，還需要展開(kāi)實(shí)地調(diào)查，充分結(jié)合周邊的資源進(jìn)行合理改變。

3.3 系統(tǒng)的資源理論分析

對(duì)于5G 通信網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模天線技術(shù)的使用過(guò)程中，為了提高系統(tǒng)資源的使用效率，需要整合系統(tǒng)資源管控，合理分配系統(tǒng)的各項(xiàng)資源，從而設(shè)計(jì)出合理、簡(jiǎn)單的方案?；趯?shí)際情況分析系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)的空域資源配置情況，從而合理降低技術(shù)處理的難度，建設(shè)最大化的信息傳輸容量，實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)的有效創(chuàng)新，進(jìn)一步降低使用和傳輸?shù)男?，?duì)分族度量進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)資源分配的合理性，推動(dòng)通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

4 5G通信網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模天線技術(shù)

4.1 獲取系統(tǒng)信道信息

隨著不斷增加的用戶數(shù)量和天線數(shù)量，為了提高網(wǎng)速率，需要合理將大規(guī)模天線技術(shù)應(yīng)用于基站建設(shè)中。在大規(guī)模天線技術(shù)的使用過(guò)程中，一般需要采用正導(dǎo)交頻技術(shù)，對(duì)于上行的運(yùn)行具有非常重要的作用，能夠有效降低導(dǎo)頻的開(kāi)銷。在信息獲取的過(guò)程中，如果導(dǎo)頻的開(kāi)銷數(shù)量超過(guò)用戶數(shù)量，將會(huì)影響系統(tǒng)信息的獲取，為了獲取的信息精準(zhǔn)性，需要合理應(yīng)用導(dǎo)頻資源?；陔p工系統(tǒng)，在空中信道的基本需求得以滿足的基礎(chǔ)上，對(duì)其他因素進(jìn)行合理校正，避免對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響。校正一般包括空間信號(hào)和硬件電路，在處理硬件電路時(shí)，還需要將系統(tǒng)的發(fā)送、接收兩條線路連接起來(lái)以構(gòu)成回路，再開(kāi)展下一步的工作。在校正空間信號(hào)的過(guò)程中，一般需要接收需要校正的信號(hào)，再計(jì)算出對(duì)應(yīng)的校正系數(shù)[4]。

4.2 傳輸系統(tǒng)信道信息

在系統(tǒng)信道信息的傳輸過(guò)程中，根據(jù)相關(guān)研究可知，作為5G通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的大規(guī)模傳輸天線技術(shù)，用戶數(shù)量與天線數(shù)量有著正相關(guān)的關(guān)系，一方增加的同時(shí)，另一方也會(huì)相應(yīng)增加，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致信息傳輸?shù)碾y度增加，從而降低信息傳輸?shù)男?，無(wú)法保證信息在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)以原有質(zhì)量的情況下完成傳輸，因此，需要按照互異性原則對(duì)信道進(jìn)行校準(zhǔn)，合理判斷電路并對(duì)其空間信號(hào)進(jìn)行校準(zhǔn)?；诨ギ愋栽瓌t，信道天線一般具有一定的關(guān)聯(lián)性，能夠?qū)π诺谰€路的信息接收和發(fā)送產(chǎn)生一定的保障作用。在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，互異性原則還能夠?qū)ο嚓P(guān)的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷和校準(zhǔn)，從而提高系統(tǒng)信道信息傳輸?shù)男蔥5]。

4.3 信息向下傳遞

在5G 通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)過(guò)程中，需要考慮的問(wèn)題還包括如果向下傳遞大規(guī)模天線接收到的信息，利用天線技術(shù)將信息向下傳遞，如果總體天線上的使用主體不斷增加，就會(huì)降低信息和連接點(diǎn)相互結(jié)合的概率，將無(wú)法有效接收到信息，從而無(wú)法向下傳遞信息，也不能實(shí)現(xiàn)信息傳輸通道的建立。為了合理解決信息向下傳輸?shù)膯?wèn)題，需要利用天線技術(shù)線路之間的互異性特點(diǎn)，根據(jù)線路屬性不同的信息無(wú)法結(jié)合屬性統(tǒng)一的連接點(diǎn)這一特點(diǎn)，提高連接點(diǎn)連接的精準(zhǔn)度，從而促進(jìn)信息的向下傳遞。為了實(shí)現(xiàn)信息傳遞的現(xiàn)代化，還需要對(duì)天線連接點(diǎn)之間的空間信號(hào)進(jìn)行合理計(jì)算和判斷，在大規(guī)模天線技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，將相關(guān)信息傳遞下去，從而確保5G 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的順利進(jìn)行[6]。

4.4 合理配置系統(tǒng)資源

大規(guī)模天線技術(shù)能夠確保無(wú)線資源利用率提高，但是，在目前的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的使用過(guò)程中，基于時(shí)空兩個(gè)維度和功率等層面的利用效率還沒(méi)有達(dá)到初始目標(biāo)。為了確保系統(tǒng)資源配置的合理性，需要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)大規(guī)模天線技術(shù)的使用，降低資源分配的難度，大幅度提高其使用性能。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)大規(guī)模天線技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，能夠?qū)崿F(xiàn)資源的無(wú)線傳輸，在未來(lái)的應(yīng)用市場(chǎng)將會(huì)有無(wú)限的前景，能夠解決無(wú)線傳輸系統(tǒng)一直存在的問(wèn)題。但是，由相關(guān)研究可知，人員對(duì)于無(wú)線傳輸系統(tǒng)具有一定的影響，從而對(duì)其傳輸性能也產(chǎn)生影響，為了確保大規(guī)模天線的無(wú)線傳輸，需要基于科學(xué)基礎(chǔ)合理應(yīng)用分簇方法，在合理的范圍內(nèi)對(duì)資源進(jìn)行優(yōu)化配置，確保分簇的數(shù)量在無(wú)線傳輸允許的范圍內(nèi)。

4.5 信道測(cè)量與反饋

將大規(guī)模天線技術(shù)應(yīng)用于5G 通信網(wǎng)絡(luò)中，隨著天線數(shù)量的增加，為了保證信息傳遞的效率和質(zhì)量，需要對(duì)信道狀態(tài)信息反饋進(jìn)行合理的改造，確保信道測(cè)量和反饋具有一定的復(fù)雜度。根據(jù)大規(guī)模天線技術(shù)的不同創(chuàng)新點(diǎn)，需要按照互異性原則對(duì)FDD 系統(tǒng)進(jìn)行處理。為了保證技術(shù)創(chuàng)新帶來(lái)的效果，對(duì)于TDD 系統(tǒng)，需要基于上行、下行之間的互異性，測(cè)量上行通道以獲取下行通道的相關(guān)信息，從整體性技術(shù)中獲取精確的反饋。高頻段的應(yīng)用在大規(guī)模天線陣列的其他方面具有一定的便捷性，為了避免由于外在條件產(chǎn)生的不利影響，需要對(duì)大規(guī)模天線功能進(jìn)行有效管控，并對(duì)系統(tǒng)中的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行升級(jí)和改造。

5 5G通信網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模天線技術(shù)發(fā)展及創(chuàng)新方向

在我國(guó)，5G 通信網(wǎng)絡(luò)民用規(guī)模的不斷擴(kuò)大，移動(dòng)通信行業(yè)已逐步開(kāi)發(fā)出具有實(shí)用性的相關(guān)產(chǎn)品，但普及化程度仍舊不高，基礎(chǔ)建設(shè)還沒(méi)有在全國(guó)范圍普及，國(guó)內(nèi)的大規(guī)模天線技術(shù)尚未成熟，受眾層面還較小。目前的網(wǎng)絡(luò)匹配度無(wú)法適應(yīng)大規(guī)模天線技術(shù)，在技術(shù)支持層面具有一定的范圍，當(dāng)前第四代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)無(wú)法結(jié)合大規(guī)模天線技術(shù)，該技術(shù)只有與第五代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，才能保證使用性能的充分利用。如果盲目地將大規(guī)模天線技術(shù)應(yīng)用于當(dāng)前的用戶家庭中，將會(huì)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)和民眾的生命安全產(chǎn)生一定的危害性。因此，在研究大規(guī)模天線技術(shù)的過(guò)程中，首要考慮的是人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全和安裝的便捷性，充分發(fā)揮大規(guī)模天線技術(shù)自身的優(yōu)勢(shì)，按照5G 通信網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模天線技術(shù)的相關(guān)要求對(duì)其指標(biāo)、質(zhì)量和成本進(jìn)行設(shè)計(jì)，未來(lái)的大規(guī)模天線產(chǎn)品和技術(shù)發(fā)展將走向高質(zhì)量、高產(chǎn)能和低成本的方向，不斷更新和優(yōu)化現(xiàn)有的技術(shù)和產(chǎn)品。未來(lái)的5G 通信網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模天線技術(shù)的創(chuàng)新方向?qū)@低剖面、輕量化、高精度、多合一等層面進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)新形式的大規(guī)模天線技術(shù)[7]。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，就目前的情況來(lái)看，雖然我國(guó)的5G 通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相比其他發(fā)達(dá)國(guó)家，發(fā)展的勢(shì)頭較猛，但是在全國(guó)范圍還沒(méi)有普及，相應(yīng)的技術(shù)尚未成熟，全國(guó)性的基礎(chǔ)建設(shè)還沒(méi)有完善，但是已逐漸形成雛形。為了促進(jìn)我國(guó)5G 通信網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步發(fā)展，相關(guān)研究人員應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步對(duì)通信技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行深入研究，并解決大規(guī)模天線技術(shù)存在的問(wèn)題，推動(dòng)大規(guī)模天線技術(shù)在5G 通信網(wǎng)絡(luò)的普及應(yīng)用，更好地促進(jìn)國(guó)內(nèi)5G 通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。