5G通信大规模天线无线传输技术分析

2020-07-23李率信上海东洲罗顿通信股份有限公司

新商务周刊 2020年6期

文 / 李率信，上海东洲罗顿通信股份有限公司

1 大规模天线无线传输技术概述

天线无线传输是九十年代后新兴的高速发展的技术。2010年，由贝尔实验室的科学家提出了一种新型的技术，在通信基站中配置十根或者数百根线，并集中进行排列，以高效利用系统的频谱，好满足不断大量增加的网络需要。如下图所示

表1 小区平均频谱效率

大型天线系统比4G网络的天线数量至少增加了1个量级以上，小区的周围散布着数量众多的天线，天线数量的不断增加，多用户信道是相互交叉的，其他小区之间的Gauss噪声逐渐被信号干扰，为了解决4G系统基站带来的各种各样的问题，可以明显提高用户的传输功率。同时，单个用户的容量不会受到其他小区中的其他用户的干扰和影响[1]。小区内天线的分布与阵列的分布大致相同，在这种情况下，需要增加基站侧配置的天线数量，随着移动通信使用的天线电波频率持续增加，传统的MIMO技术已经不能满足于实际的情况，需要进行二次处理。随着移动通信中使用的射频频率的增加，路径损耗也持续增大。如果固定天线的具体尺寸，则无线电波长也随之固定。在同一空间中，需要设置更多的天线来补偿高频路径造成的损耗。当频率超过10GHz时，衍射不再是主要的传播方式，反射和散射成为主要的传播方式。利用大规模MIMO技术，可以生成可调节的波束，这种波束很窄，可以改善信号的干扰问题。

一般地情况下，掌握核心的技术才能占领整个5G的市场，因为只有使用先进的技术才可以明显提高天线的利用效率。在此基础上，随着经济的快速发展，现有的4G网络已经越来越难以满足人们的日常的实际需求，在这种情况下，天线阵列（LSAS）技术应运而生。LSAS技术可以更好地抑制信号的干扰性，可以进行点到点，点到面，甚至是面到面的传输，而且可以明显地提高传输速度。

2 天线系统的传输技术分析

随着时代的快速发展，大家对网络数据的要求也越来越高。在这种情况下，产生了不同的存储方式，不同的用户对数据的传输速度提出了更高标准的要求，这就必须进行数据的实时更新，不断地优化网络技术，才能持续应用于不断发展的社会，创造更多的经济价值，带来可观的收益。其中，密集网络技术的综合应用可以从整体上提高5G技术的性能，但是在实际的应用过程中，该技术将受到更大的干扰。因此，为了更好地应用密集网络技术，有必要提高信号的抗干扰能力，尤其是提高边缘用户的网络性能，在这一点上，将信号的干扰程度降到最低。

2.1 大规模 MINO 技术；众所周知，MIMO是（Multiple-Input Multiple-Out-put）的缩写，这项技术是随着5G技术的推广而新开发出来的，因此为了保证信号能够及时、有效地传输，不管在什么情况下，都要使用这项技术进行发射和接收天线，从而更好地利用空间。与普通的 SISO 技术相比，MIMO技术能够明显地增加了信道的容量大小，信息比以前传输得更加快速，所需要的时间更短，数据的准确率比之前更高。当发射和接收天线的数量超过最大限额以后，需要扩充MIMO 信道的容量，使它能够满足实际工作和生活的各种需要。贝尔实验室于2010年提出了提出大规模 MIMO这个抽象的概念，理论上的知识很枯燥，没有具体的案例，很难让人理解透彻，所以专家们经过了数十年的研究，在无数的基站上面做各种各样的尝试，为用户提供方便、快捷的服务。这些技术填补了国内的空白，比传统的 MIMO 系统更加方便，不需要改变基站的任何设置，不需要增添任何的设备，在此基础上可以明显提高频谱效率，大幅度降低干扰的概率，保证数据能够准确、及时地传递下去，不仅仅如此，使用这项技术还可以降低传输的失误率。

2.2 信道建模与编码；可以从字面上进行理解，为了建立发射机与接收机之间的联系，可以使用一些方法把它们连接在一起，这个时候，我们可以把这种连接的方法称之为信道建模，主要使用特殊的模型来建立信道，它的优点特别突出，比如可以把二维的模型扩展到三维的模型，随着 MIMO 技术使用地范围越来越广，一般情况下，5G可以使用这项技术。D2D（Device to Device）技术改变了数据的传输方式，它具有发送和接受信号的双重功能，不仅如此，它改变了建模的方式，用球面建模代替了传统的平面建模，极大地提高了信息地传输效率，在此基础上，信号受干扰的情况特别低，可以适应各种嘈杂的环境。5G 信道不同于一般的信道，延迟性特别低，可以满足各种实际的需要。低密度奇偶校验（LDPC）码特别复杂，很难使用在数据的传输过程中，这个时候需要使用极化（polar）码，它的编码特别简单，技术特别地先进，可以随时处理各种情况。虽然这两种编码方式有着各自的优点和缺点，比如前者的传输速度特别快，可以在1s内传输数千亿个数据，缺点就是处理起来非常地繁琐，不是特别容易上手，极其容易出现各种错误，失误率特别大；而后者的传输距离非常长，且不受任何条件的限制，可以无限制地进行传输。缺点就是干扰能力特别差，只能在信号好的地方使用，一旦在一些偏僻的地方使用，完全不能接收到任何的信号。不仅如此，一部分信道可以在低噪声下使用，另外一部分信道不能在噪声下使用。

2.3 同时同频全双工技术；全双工技术不同于一般的技术，它可以和其它通信终端设备一起使用，无论在什么样的情况下，不干涉彼此的使用状态，可以明显地提高频谱效率，甚至可以提高到一倍以上，不仅仅如此，还可以节省很多时间，减少不必要的资源浪费。当然，无论发生什么情况，信号都有很可能受到明显地干扰，比如信息很难传播出去，信息也很难传播进来，这个时候，就需要使用全双工技术，由于它的干扰现象十分严重，并且在很短的时间内不能自动消除，因此需要采用一些特别的方法，这项技术可以应用在其它领域，比如多天线领域，需要继续进行深入地研究。