5G无线传输的关键技术

科技 (45) 2021-04-21 15:44:03

进入信息时代后,我国网络技术水平不断提高,目前4G网络已得到了普及应用,正朝着5G网络逐渐演进。5G无线宽带技术具有巨大的市场发展潜力,要想完全实现5G无线网络的建设,还需要对无线的技术进行研究,消除各种干扰因素,提高资源的利用率。在移动通信技术飞速发展的背景下,研究5G无线传输技术对于我国经济发展有重要的意义。
一、5G无线网络的特点
1.功能进一步拓展
第五代无线宽带技术,相比于4G技术,进一步提高了语音信息的传输质量,以及信号传输、接收的速度,容量更大,具有强大的数据信息整合功能。同时,也更好地满足了用户对语音、视频、在线游戏、即时通讯等的互动要求。而且5G网络中,当频谱宽度不足时,依旧能够高速运行,不受其影响依然保持在100Gbps,保障了在任何情况下,用户的需求都能得到满足。
2.优于传统技术
用户对信息需求量越来越大,目前未能很好满足用户的需求,而5G无线技术能够为信息传输打开新的局面。5G无线技术将把用户的体验、数据传送与接收的时延、平均的网络吞吐速度,以及交互式游戏在内的项目等作为重点突破。
3.系统性能大有提高
5G无线技术采用协作组网,将多个点、多个天线、多个用户协助起来,能够大大高频段频谱资源的利用率,解决部分的无线电波穿透能力较弱的问题,将来还会使用有線与无线相互结合以及协作组网等技术。
二、5G无线传输关键技术
1.大规模多天线技术
大规模多天线(MIMO),属于是一种多入多出的通信系统,其基站的天线数目高于终端天线数目,通过建立极大数目的信道来到达终端,从而进行信号的高速传输、简化物理层设计,实现信号的低时延传输。5g无线网络采用大规模多天线技术,能够获得以下优势:
(1)能进一步提升系统的空间分辨率,并且可以在没有基站分裂的条件下,实现空间资源的挖掘。
(2)能够让能量极小的波束集中在一块小型区域,减少干扰。
(3)能够通过不同的空域、时域、频域等维度,提高对频谱和能量的利用效率。
大规模多天线技术结合了通信理论、电磁传播理论,其能够有效提升系统容量、峰值速率、减少能量消耗等,在5G无线网络中是一项被认为关键、具有可行性的技术[1]。但是要实现技术也需要一定的条件,比如当小区内采用正交的导频序列、小区间采用相同的导频序列组时,会存在有导频污染的问题,导致上、下行数据传输的信干比无法随基站天线数增加相应变化。另外,若在基站侧部署大规模多天线技术,在一定程度上会增加成本的投入,在实际场景中,大规模多天线还要能够灵活地适应复杂的天线电环境,这是该技术面临的挑战。
2.信道建模
信道建模通过对无线环境的抽象性描述,用一系列的参数表现无线环境的物理特征,从而能够作出无线信号的传播机制,是评估无线技术性能的重要手段。伴随5G技术的发展,信道建模具有新的特点。
D2D技术具有发送端和接收端的双移动性,传统的信道模型不再适用。同时,现有的信道模型对每链路来说,散射环境是随机产生的,也是独立的,这与实际不符。为有效提高信道的容量和频率利用率,会采用MIMO技术,而相应的信道模型也会有新的特性,比如用球面波取代平面波进行建模。同时,发展毫米波段中大量未使用的频谱资源,毫米波信道建模也具有新的特征,比如高路损、高散射、对动态环境敏感性等。因此,对于相应的信道模型的不同特点,相应新技术要深入开展。
3.全双工技术
全双工技术,指的是在相同的频谱上,通信的收发双工在同一时间发射、接收信号,相比于传统FDD、TDD半双工模式,该技术能够突破频谱资源使用的限制,可用频谱资源是之前的两倍。但是,实现全双工技术需要拥有极高的干扰消除能力,目前自干扰消除力,主要是采用物理层干扰消除的方法进行的[2]。而该技术的自干扰消除技术主要包括天线自干扰消除、模拟电路域自干扰消除、数字域自干扰等。
同时,在认知无线网中应用全双工技术,能够使次要节点同时感知和使用空闲频谱,有效减少次要节点间的碰撞,进一步提升网络系统的性能;在异构网络中应用全双工技术,能够有效解决无线回传的问题;全双工技术和中继技术结合应用,可以很好地避免隐藏终端、吞吐量损失、端到端延时等问题;将全双工中继和MIMO技术结合应用,能够提升系统端到端的性能,以及强化抗干扰力。
4.OFDM技术
OFDM技术避免多径衰落能力强,频谱效率高,实现也较为简单,广泛应用于LTE、LTE-A等系统中。但该技术中的基带波很容易会受到干扰的方波,而5G无线网络系统中,要求单位达到吉赫的带宽,从而实现极高速率的数据传输,然而在频率较低的频率区域中,得到不间断的频谱资源较为困难。由于这些频谱的带宽有着不确定性、间断性,导致OFDM技术很难提高资源的利用率[3]。
5.SDN技术
传统的通信网络在控制平面上,未能采用统一的平台进行调控硬件资源,使得新业务的实施成本比较高,这导致了我们很难用可编程操作的手段,去来满足用户的各种需求,也无法按照网络的实际情况来作创新,更无法根据用户对网络资源的需求量来作出进行合理的资源配置,浪费不必要的时间和资源。而采用SDN技术,不单止能够将控制与转发完全分离,还能有效控制平台具有集中性的特点,从而实现网络编程操作,目前许多运营商也争相开始研发和使用SDN技术,以期解决传统网络中遇到的问题。
6网络动态切片
目前网络的业务类型,以及通信场景都在朝着多样化的方向演变,传统的构架无法满足性能需求[4]。因此,为了达到网络资源的高效利用,5G无线传输技术应该采用虚拟化手段,从而将真实的网络划分成若干个虚拟化的切片,再将切片进行功能编排,从而分别对应一种通信场景或业务。通过这样的方式,我们能够根据具体的通信场景,以及业务类型来规划网络构架、资源配置,制定运营策略。
三、结语
5G无线网络是一个融合的网络,也是一个复杂的密集网络。相比于4G网络,5g网络能够满足更多的应用场景、数据量以及设备接入量。但是要实现这一网络,需要很多技术的支持和创新,目前我们对5G无线传输技术的应用尚未成熟,但随着科技的不断发展,其发展前景是十分巨大和乐观的。5G网络将渗透到社会的各大领域,会进一步突破时空限制,为用户提供更好的交互体验。

THE END

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