李亞鵬
【摘要】 移動通信在20多年的時間里得到了飛速的發(fā)展,人類社會進入了高效率,各方面業(yè)務需求都呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。隨著第四代移動通信技術(shù)的商用,世界范圍內(nèi)已經(jīng)開始了第五代移動通信(5G)的研發(fā)。第五代通信系統(tǒng)(5G)是一個多技術(shù)融合的產(chǎn)品,通過技術(shù)的更迭和進行創(chuàng)新從而滿足廣泛的數(shù)據(jù)、連接的各種業(yè)務不斷發(fā)展的需要進而大幅度改善用戶體驗。本文重點介紹5G的性能指標,并對關(guān)鍵技術(shù)進行論述。
【關(guān)鍵詞】 5G 通信工程 5G性能指標 無線通信技術(shù)
進入新世紀以來,隨著移動智能手機及業(yè)務的快速發(fā)展,促使移動互聯(lián)網(wǎng)進入蓬勃發(fā)展的階段,使得人們對數(shù)據(jù)的需求急劇增長。未來5G會服務于人們?nèi)粘I畹姆椒矫婷?,如:智能家居,快捷支付,室?nèi)設計,軍事航天等等。同時,也將與實體金融,交通運輸?shù)葘嶓w行業(yè)有機結(jié)合。這些都是對未來5G的性能以及各項指標提出了更多的要求。
一、5G系統(tǒng)的先進性的指標
1.1頻帶利用率高
在現(xiàn)階段的水平上,高頻段頻譜利用率還較低,由于受到高頻段無線電波的穿透能力影響,但在5G通信技術(shù)中,高頻段頻譜的使用范圍會很廣泛。
1.2通信系統(tǒng)性能提高
5G將更加廣泛的運用多點、多天線、多用戶、多小區(qū)的相互協(xié)作、相互組網(wǎng),以此來大幅度提高通信系統(tǒng)的性能。
1.3能耗和運營成本降低
5G的重點探索研究方向是其設計以及配置,運營商實時調(diào)整網(wǎng)絡資源通過檢測業(yè)務流量,這樣,可以就會降低能耗和不必要的網(wǎng)絡資源運營成本。
二、5G系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)
2.1非正交多址接入技術(shù)
非正交多址技術(shù)(NOMA)的基本思想是在發(fā)送端采用非正交發(fā)送,通過引入干擾信號,通過串行干擾刪除(SIC)接受機,在接收端實現(xiàn)正確破解。NOMA的子信道傳輸采用正交頻分復用技術(shù),子信道之間是正交的,互不干擾,并且多個用戶共享。同一子信道上不同用戶之間是非正交傳輸。通過在發(fā)送端對同一子信道上的各個用戶采用功率復用技術(shù)發(fā)送信號,根據(jù)不同用戶信號功率大小,SIC接收機會按照一定的順序進行干擾消除從而實現(xiàn)正確解調(diào)和區(qū)分用戶的功能。
2.2濾波組多載波技術(shù)(FBMC)
FBMC中,由于沖擊響應和頻率響應的不同,原型濾波器可以根據(jù)各自的需要進行設計,從而各濾波之間不再必須是正交的;能實現(xiàn)各子載波之間的交疊后的靈活控制各、子載波帶寬設置,進而可對相鄰子載波之間的干擾進行控制處理,并對一些零散的頻譜資源使用更加便捷;各子載波之間不需要同步,信道估計。適合于難以實現(xiàn)各用戶之間嚴格同步的上行鏈路。但由于各載波之間相互不正交,子載波之間存在干擾;采用非矩陣波形,導致符號存在時域干擾,需要通過采用一些技術(shù)來進行干擾的消除。
2.3毫米波
傳統(tǒng)的多種無線接入技術(shù)疊加型網(wǎng)絡中,宏基站與小基站均工作于低頻段,這就帶來了頻繁切換的問題,用戶體驗差。人們利用毫米波小基站工作于高頻段特性,作為移動通信的用戶數(shù)據(jù),然而平面宏基站將會工作于低頻段,會作為移動通信的控制平面。在未來的疊加網(wǎng)絡中會很常見。
2.4大規(guī)模MIMO技術(shù)
MIMO技術(shù)已經(jīng)應用于WIFI、LTE等。理論上,天線越多,頻譜效率和傳輸可靠性就越高。
大規(guī)模 MIMO的基本特征是:將數(shù)量繁多的天線配置在基站覆蓋域內(nèi),天線會被大規(guī)模陣列集中放置。這樣會帶來如下優(yōu)點:首先,多個用戶可在同一時頻資源上與在覆蓋范圍內(nèi)的基站同時進行通信,這樣用戶可以最大程度利用大規(guī)模天線配置帶來的空間自由度從而提升頻譜效率;其次,利用大規(guī)模天線帶來的分集增益和陣列增益,還可提升用戶與基站通信的功率效率。
2.5超密度異構(gòu)網(wǎng)絡
在未來的5G通信中,無線通信網(wǎng)絡正朝著網(wǎng)絡綜合化、寬帶化、多元化、智能化的方向演進。隨著各種智能終端的普及,數(shù)據(jù)流量將出現(xiàn)井噴式的增長。這使得超密集網(wǎng)絡成為實現(xiàn)未來5G的1000倍流量需求的主要手段之一。其能夠?qū)Σ煌瑯I(yè)務進行區(qū)分,提高網(wǎng)絡覆蓋面積,使系統(tǒng)容量擴大。未來將采用更加密集的網(wǎng)絡方案,部署小小區(qū)/扇區(qū)將高達100個以上。與此同時,越來越集中的的網(wǎng)絡安置也使得網(wǎng)絡間拓撲更加復雜,各個小區(qū)之間干擾已經(jīng)成為限制系統(tǒng)容量的一個關(guān)鍵因素并且極大地降低了網(wǎng)絡能效。小區(qū)間快速發(fā)現(xiàn)、密集小區(qū)間協(xié)作、干擾消除方案等,都是目前密集網(wǎng)絡方面的研究熱點。
三、結(jié)束語
隨著對第五代移動通信技術(shù)研究的不斷深入,全球業(yè)界也將逐漸對5G的系統(tǒng)特征統(tǒng)一認識;在大幅度提升4G系統(tǒng)能力基礎(chǔ)上,5G將在多種場景下更好的滿足人們的需求,實現(xiàn)對資源的優(yōu)化配置。
參 考 文 獻
[1]馮巖. 5G研發(fā)爭分奪秒[J]. 中國無線電,2014(01).
[2]尤肖虎,潘志文,高西奇,曹淑敏,鄔賀銓。5G移動通信發(fā)展趨勢與若干關(guān)鍵技術(shù)[J].中國科學.2014,44,5:551-563.