第五代移动通信技术探讨

1引言

信息时代科技日新月异,移动通信作为新技术之一,近年来不断深入地改变着人们的工作和生活,人们一直在追求更高性能、更快速的移动通信技术。现在4G网络已经建网上市,在市场需求和技术推进的双重驱动下,大批技术人员已经开始启动了对第五代移动通信技术(5G)的研究。由于5G技术过于新颖,目前还未对5G的概念有一个清晰的标准和统一的定义。

2第五代移动通信技术发展方向

第五代移动通信技术目前有五大应用的场景,分别是支持大规模人群、超高速数据连接、可靠的实时通信、实时的多媒体通信、高品质的最佳体验。第五代移动通信技术想要达到这五个性能目标,必须要努力做到:信息传输速率要达到10GB/s左右,信号频谱利用率要提高到以前的10倍,通信业务时延要做到小于5m/s,通信网络容量要提升到四代的1000倍左右,信号能量效率要提升到之前的10倍。达到此要求的第五代移动通信网络将不再是简单的容量增大和速率提升,而是能够提供更多的移动终端应用和良好的用户体验。

3第五代移动通信关键技术探讨

上节对5G的发展需求与方向作了总体性的概括,为了满足这些需求,现在通信领域可行的网络、物理层关键技术主要有超密集小小区网络部署和大规模天线阵列等。

3.1超密集小小区网络

在未来的5G通信中,无线通信网络正朝着网络多元化、宽带化、综合化、智能化的方向演进。随着各种智能终端的普及,数据流量将出现井喷式的增长。未来数据业务将主要分布在室内和热点地区,这使得超密集网络成为实现未来5G的1000倍流量需求的主要手段之一。超密集网络能够改善网络覆盖,大幅度提升系统容量,并且对业务进行分流,具有更灵活的网络部署和更高效的频率复用。未来,面向高频段大带宽,将采用更加密集的网络方案,部署小小区/扇区将高达100个以上。在超密集小小区网络中,下面几个应该是主要关注点:①密集小小区网络下的干扰协调。3GPPRel-12提出密集小小区部署的场景。未来的5G发展,小区将进一步分裂,甚至出现多重覆盖的场景。在这种情况下,干扰环境将更加复杂,传统的干扰协调方法及其增强,如频率、时间的复用,功率控制等,在更密集网络下的效果将比较有限。因此,密集网络下的干扰管理,尤其是同部署的干扰协调方案,将是5G网络发展需要重点考虑的方向。②密集网络下的资源管理。密集网络的部署能够带来一定程度系统性能的提高,但是在现有技术条件下,系统性能的提升并不能与部署的密集程度成正比。因此密集网络部署场景下资源的有效利用、进一步实现资源的复用应该是达到5G网络性能要求的重点发展内容。③基站间通信效率。由于基站之间的非理想反馈回路,不能实现及时的信令交互,因此很多方案无法达到预期的效果,成为制约网络性能进一步提升的关键因素。尤其是密集网络部署场景下,需要更多的交互信令、更加有效的无线环境、信道测量与估计,因此基站间通信效率也将是支持未来5G支持密集网络部署的关键技术之一。

3.2大规模MIMO

多天线技术(MIMO)作为近年来备受关注的技术之一,经历了从无源到有源,从二维到三维,从高阶MIMO到大规模阵列的发展,将有望实现将信号频谱效率提升到之前的数十倍甚至更高,是当前5G技术重要的研究方向之一。在LTE-A系统中最大支持8*8的天线阵列,但是仍有很大发展空间。MIMO技术引入有源天线阵列,可使基站侧支持的天线协作数有望达到128个。此外,原来的2D天线阵列拓展成为3D天线阵列,形成新颖的3D-MIMO技术,支持多用户波束智能赋型,减少用户间干扰,结合高频段毫米波的技术,将进一步改善无线信号覆盖性能。大规模MIMO的技术优势主要体现在以下几个方面:①大规模MIMO的空间分辨率显著增强,能深度挖掘空间维度资源,使得移动通信网络中的多个用户可以在同一时频资源上利用大规模MIMO提供的空间自由度与基站同时进行通信,从而在不需要增加带宽和基站覆盖率的情况下实现频谱效率的大幅度提高。②大规模MIMO可将波束集中在很窄的范围内,从而大幅度降低无线信道干扰。③大规模MIMO可大幅度降低天线的发射功率,从而提高移动通信系统的功率效率。④当天线数量足够多时,最简单的线性预编码和线性检测器趋于最优,并且信道噪声和干扰都可忽略不计。

4结语

展望未来,移动通信技术将面临用户容量的不断增长、移动终端的爆炸式连接、流量数据的海量增长、流量密度的高度提升,这些挑战都是目前的4G技术难以承受的。面对如此高的技术要求,5G技术对4G的进一步完善,可为用户提供更丰富的多媒体数据服务、更广泛的终端功能应用、更优质的移动通信连接能力,并且还可以不断地降低运营成本,为移动业务运营商提升经济效益。

作者：吴立知 单位：贵州职业技术学院