5G無線通信系統關鍵技術分析論文
一、大規模MIMO通訊技術
1.1大規模MIMO通信技術的基本特性
具體來講，大規模MIMO通信技術指的是在基站端設置比現有系統中天線數更大的大規模天線陣列，進而同時服務于多個用戶（一般情況下，我們默認為幾百根，同時服務用戶總數約為總天線數的10%）。這部分天線能夠分散于小區內，或者是以大規模天線陣列的形式進行集中配置。大規模MIMO技術受到更多重視的主要原因在于：其在設置大規模天線陣列后，系統能夠獲取大量常規系統難以比擬的物理特性及優勢。經詳細研究，包含以下幾個方面：首先，由于天線數的不斷增多，各用戶間的通訊渠道會呈現出正交特征，即為用戶間干擾能夠得到迅速消除，最終有效提高系統容量；其次，隨著基站天線數量的上升，令信道快衰落、熱噪聲被有效均勻化，也就是說信道硬化作用使得更多用戶不至于陷入深衰落，減少了空中接口的等待延遲，并且簡化了調度方針；再次，更多天線的利用，能夠令波束能量聚焦對準到更小的空間范圍，有效提高了空間分辨率；除此之外，更大量天線的啟用，令陣列增益迅速提升，進而有效減少了發射端的能耗，令系統總能效提升多個數量級。
1.2大規模MIMO技術應用過程中的問題分析
盡管大規模MIMO通信技術的吸引力較強，然而這些特性的實現需要依靠基站端對信道信息的獲取程度。對于目前蜂窩系統中的雙工制式，主要為時分雙工、頻分雙工，兩者信道信息的獲得手段及成本存在較大差別。在此技術應用初期，大部分專家僅僅針對TDD制式下的有關技術內容展開探索的，即為從信道信息獲取時的導頻開銷角度進行考慮的。即便該模式對大規模MIMO技術的應用具備先天優勢，然而考慮到多小區蜂窩系統的時候，則因導頻數目不足，在多個小區間必須借助共用導頻序列，進而造成嚴重的導頻污染問題，對TDD制式下的MIMO系統容量性能產生巨大的影響。針對這一難題，近年來專家人士通過對用戶進行分組的手段，同時利用信道統計信息進行第一層預編碼，把以往的高維信道變換成低維信道，最終有效減少了預測有效信道時所需的導頻支出。當然，對于大規模MIMO系統來講，像怎樣更好地設計簡便的收發機波束成形及功率分配算法等問題，仍舊是今后通信技術研究工作中的重點論題。
二、綠色通訊技術
現今，通信科技引起的高能耗現象引發了越來越廣泛的關注，同時也給全球通訊技術的可持續發展提出了一大難題據不完全統計，信息通信科技帶來的能耗占世界能耗比重超過了3%，每年的增幅較大。隨著4G通信網絡的推廣，信息通信科技引起的能耗也愈發嚴重。零等待零距離通訊的即連5G通訊系統的根本目標為實現通訊系統能效改善1000倍。盡管在低發射功率情況下，滿功率發射能夠同時實現最佳的頻譜效率及能源效率，然而在高發射功率前提下，頻譜效率和能源效率兩者呈現出鮮明的差異。在通訊系統當中，怎樣有效地權衡二者的優勢也變為通信領域的研究重點和基本架構。當前，怎樣同時完成高頻譜效率及高能源效率的通訊技術已經成為5G無線通信系統的突出問題。近來，有關人士對多小區多用戶MISO下行鏈路系統及大規模MIMO下行鏈路系統的資源效率優化問題進行了探索。為同時平衡系統容量以及資源能耗，我們不妨從系統資源效率的角度出發，對資源效率進行進一步的優化。除此之外，我們也不可忽視收發機損傷這一關鍵問題，若是把這一硬件因素納入到波束成形優化問題當中，便會發現更多更有意義的問題。考慮收發機的固定功率消耗且此參數不為零時，大規模MIMO通信系統的能耗為零，與此同時，大規模多用戶MIMO通訊系統也勢必會成為一個能效最高的通信系統。
三、異構無線通訊網絡
現階段，隨著集成電路科技的不斷進步，通訊系統及終端能力獲得了很大程度上的增強，通訊科技及計算機技術有機結合，各類無線接入技術也慢慢成熟、普及。早在4G移動通信網絡中便提出了選取多元化的網絡節點或者覆蓋范圍，包含宏小區、微小區、中繼、家庭基站以及WIFI接入點等等。常規的基于信干燥比或接受信號強度的接入節點選擇機制無法滿足多樣化通訊節點的異構通信網絡需求。要想實現負載的轉移，同時提高網絡吞吐量、彌補宏基站覆蓋的黑洞，異構網絡當中必須引入多種類型、多發射功率的接入節點。同時，為了從根本上體現出接入節點的功效，應當引入創新性的接收節點選擇機制。舉例說明，比如對覆蓋范圍擴展機制的引入，也就是用戶節點在其接收低功率接入節點的信號強度基礎上增添一定的偏量值，緊接著對等待選取的多個節點進行修正操作。由此可見，這種修正的接入機制能夠更加迅速地完成轉移、均衡負載的任務。
綜上，5G無線通信系統的推廣，令人類對多媒體等數據業務的需求量急劇上升，但信息通訊造成的能耗也變得更為嚴重。針對這種情況，該作筆者對今后5G無線通信系統當中可能普及的集中關鍵技術進行了深刻的剖析。
參考文獻
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