5G无线通信网络物理层关键技术探究范文

摘要:21世纪已经是一个信息社会,各个行业对信息的需求量已经越来越大。国与国之间也不断展开信息之间的较量,而信息的传播速度以及质量离不开无线通信技术的发展。第五代无线通信技术对各国的实质性发展都起到一定的作用。本文将会对5G无线通信网络物理层关键技术,即毫米波通信技术以及大规模MIMO技术进行一定的研究。

关键词:5G无线通信；物理层技术；毫米波通信技术；大规模MIMO技术

无线通信技术的发展一直影响着人们的生活,从最初的模拟调制通信技术到数字调制通信技术,再到2G、3G移动通信时代,直到今天的4G移动通信,无线通信技术一直不断发生着重大的变革。

1毫米波通信技术

通信技术的发展离不开对频谱资源的利用,目前对频谱资源的利用主要集中在300MHz到3GHz的频段,对毫米波的利用非常有限,毫米波中包含大量的频谱资源。对毫米波中的频段资源进行利用也是5G无线通信技术的重要内容。其中,对毫米波的研究内容主要包括:路径损耗、建筑物穿透损耗以及雨衰等。

1.1路径损耗

发射功率的敷设扩散以及信道对传输的影响作用是导致路径损耗的主要原因。这也是无线通信技术中不可避免的问题,遇到干扰、噪声以及其他信号的影响都会造成一定程度的损耗情况,除此之外,信号的自身情况也会造成一定的损耗。研究表明,频率越高,损耗越严重,这就意味着相对于其他波段,毫米波的损耗情况更严重,这也是毫米波研究过程中的一个困难。在实际中,在高频段通过使用大规模的接受发射天线,可以对能量进行一定的聚集,获得较好的增益情况,进而改善毫米波损耗过大的情况。

1.2建筑物穿透损耗

在对通信技术进行研究时,发现当信号通过建筑物时,会发生一定的损耗,并且这种损耗跟频率有关,通常低频段的信号可以在穿透建筑物时,保留较好的信号强度。毫米波在这方面的损耗要更大些。这就意味着使用毫米波进行信号传输时,很可能由于信号损耗过大导致失真,不过目前随着无线网络的不断普及,可以在室内的有效范围之内使用WIFI增加信号强度,保证信号质量。

1.3雨衰

对传播特性的研究也是毫米波研究的重要内容,其中雨衰作为一个重要因素不得不提。雨衰能够对无线系统的传播路径长度进行影响,进而使信号的可靠性下降,这样就会对高频段的微波链路造成一定的限制。随着雨量的增大,对毫米波系统的干扰效果会越来越明显。其中雨滴的作用还会使信号发生散射,使信号的质量严重下降。

2大规模MIMO技术

作为5G无线通信网络物理层的另外一个关键技术,大规模MIMO技术对于无线通信技术的发展具有重要的作用。对该技术的研究主要会通过对大规模MIMO技术的简单介绍,该技术的信道状态信息的获取方式以及大规模MIMO在高频段的应用进行。

2.1大规模MIMO简介

不同于传统的MIMO技术,大规模的MIMO技术可以降低硬件的复杂程度、提高信息处理效率以及降低能量损耗,同时还可以降低租赁成本。随着互联网技术以及云计算大数据技术的不断发展,传统的MIMO技术已经面临淘汰的边缘。当前对信息的需求量以及信息的处理效率都有了明显的提升。基于大规模MIMO的几大优势如:提高系统容量、降低成本以及增强抗干扰能力,对该项技术的研究已经成为5G无线通信技术的重要工作。

2.2信道状态信息的获取

大规模MIMO技术尽管具备一定的优势,但在研究过程中依然具有一定的问题出现。随着天线数量的不断增加,基站对信息的接受要保证精确,对信道状态信息的获取就产生了一定的挑战。通常利用时分双工,将上行信道和下行信道的信息进行交互完成对信息的接受。不同于频分双工,时分双工可以对信道的开销进行有效降低,省去建立反馈的麻烦,可以保证基站中天线数量不受限制。只是这种方式在高速移动的环境下对信号的质量难以保证。通过上行训练,不同区域的用户同时通过导频向基站发送信号时,会造成一定的混乱现象,导致导频污染。

2.3大规模MIMO在高频段的应用

大规模MIMO技术会使用大量的基站天线设备,这将会对系统的设备处理能力以及相应的布局和网络建设工作带来一定的挑战。对天线形态的不断调整会不断降低工程的难度系数,这也是大规模MIMO技术的重要发展方向。不过在大型收发信号的能量损耗以及接受天线端的模拟数字信号转换上还会有一定的问题,仍然值得技术人员加强重视。

3结语

综上所述,无线通信技术不断改善着人们的生活方式,为大家的生活带来更多的便利条件。5G无线通信技术的不断发展相信会为整个社会带来全新的面貌。本文通过对其物理层重点技术的介绍,可以看出毫米波技术以及大规模MIMO技术将会是5G无线通信技术的重要技术。只是当前的研究依然存在一定的问题,要想保证新的无线通信技术可以更好的为社会服务,还应该对相关技术的研究不断加强,并通过不断试验工作,改善技术水平。

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作者：李俊治 单位：四川师范大学物理与电子工程学院