5G通信移动传输中的大规模天线技术分析

5G通信移动传输中的大规模天线技术分析

马勇

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摘要：移动数据活动的增长，即第四代移动通信系统4G，已经难以满足移动通信活动的增长需求，而5G作为下一代移动通信系统的基本目标是应对移动数据活动的增长，因为移动活动不同于移动活动，并从根本上解决了移动通信频谱和电源效率问题。大规模天线技术是利用无线通信技术空间资源、提高频谱效率和能效的重要手段，近几十年来，大规模天线技术一直是移动通信领域研究的核心。

关键词：5G通信；移动传输；大规模天线技术

引言

我国移动数据业务量大幅度增加，4G已经不能满足移动通信发展需求，作为新一代的移动通信系统，5G有必要在无线传输技术等各个方面实施充分的变革，以能够从根源上优化移动通信频谱及功率有效性的相关问题，并且，大规模天线技术属于对无线传输技术进行应用的重要基础，也是促使频谱效率提升以及功率效率提升的重要前提，由此可见，针对面向5G的大规模天线无线传输技术进行分析具有重要意义。

1大规模天线概述

大型MIMO天线的理论基础主要是以下两个方面。(1)用户侧天线数目少于基站侧天线数目时，基站通过正交信道与用户建立连接。(2)可消除用户干扰，通过增益大阵列提高用户的信噪比，使其能够在同一时域和频域内规划更多用户。更具体地说，基站侧天线的相位一致性和信号计算处理的简化为大规模天线技术的应用奠定了基础。与4g MIMO技术相比，5G大型MIMO技术可将通道容量增加10倍以上，同时将放射性能量增加约100倍。由于向该系统应用了更多的网络天线，放射性能量在一致的波叠加作用下积聚在较小的区域，大大提高了放射性能量的效率。通过信号的形成，波可以在前端叠加后辐射到指定的终端，随机辐射不会有问题[。大规模MIMO具有较好的训练和定向能力，能有效提高系统容量，还能提高单元复盖能力和系统抗干扰能力。大型MIMO基站中配置的天线数量是传统MIMO天线数量的10-100倍，基站天线数量远远高于基站服务用户设备数量。基站可以通过单个时频资源向多个欧盟提供服务，大大增加了网络系统的空间自由，提高了基站多路传输信号的接收和传输能力，大大优化了频谱资源的利用，大大提高了数据传输的可行性。大型MIMO在空间中有多个通道，通过合理利用空间信号，可以在相同的时频资源条件下实现数据多路复用，大大提高了单元吞吐量。大型MIMO天线通道容量类似于多个平行正交子通道的叠加效应。

25G无线通信技术的特点

随着5G通信技术的不断发展，其特点越来越明显此外，5G通信技术的使用比4G技术多，并且随着其实际应用而扩展。5G技术的应用比传统通信技术更有效地满足基于互联网协作特性的多天线、多点、多用户和多单元操作形式，进一步提高了物理传输技术的性能，并在一定程度上改进了信息编码和点与点之间的链接，从而减少了同时，在当前5G通信技术的应用过程中，主要基于无线网络的运行设计，采用灵活的配置设计，根据运营商业务流量的变化调整资源，可以降低能耗，实现实际应用过程中的节约此外，目前5G无线通信技术的应用具有先进的设计理念，企业发展也主要以国内通信企业为基础，技术的应用也可以促进传统移动通信系统的更新理念的发展， 并能在提高室内无线网络复盖性能的过程中全面提高企业的应用效率，通过企业的扩展满足以后的经营发展需要。 这表明5G无线通信技术的应用在发展的现阶段非常重要。

35G通信大规模天线技术分析

3.1通信工程中的信道容量

大规模天线信道容量与数个处于正交状态的并行子信道基本一致，针对空间信道开展分析处理工作，可以选择将相应的计算模型作为基础，并且，以当前的技术应用形式为基础，窄波束的产生主要依靠控制单元对信号进行接收或是发送的幅度以及相关的相位。同时，如果各扁平天线阵列的间距均匀，应用的频段为20GHz频段，阵元间距为波长的1/2，也就是7.5mm，则应该选择一面积为12m2的区域，并在其中安装256根天线。针对10GHz频段，通过应用100根天线，可以在490m的距离中进行传输，而在20GHz频段中，传输490m的距离，需要应用的天线单元数量为400个。并且从整体上来看，当前大规模天线传输技术发展的主要限制因素之一，即为成本，原因在于，为了促使波束起到提升经济效益的作用，必须首先提升其中的天线数量，在天线阵列显著增加的状态下，还需要对阵列进行扩展，使其呈现出曲面、二维或是三维的状态，也就是构成面板型的天线阵列或是球形的天线，也有可能是其他形式的异形天线。在天线数量上升的情况下，其外形尺寸必然随之增加，若仍然采用平面波的形式开展信道建模工作，将可能导致近场的偏差增加。在导频方面，CDM、FDM以及TDM等导频已经在4G中进行应用，虽然能够产生的干扰较小，但是相关的开销较大。同时，因为5G需要在多个小区之间构建起超密集基站组网，所以用户数量以及天线数量均在一定程度上增加，开销也就进一步增加，所以对于开销较大这一情况，还需要设计更加合理的导频对该问题进行解决。在信道估计工作之中，因为大规模天线之中具有稀疏的特性，所以对于先进信号处理算法的应用更加便捷，也有更有利于针对信号估计促使其中的精度和性能得到提升。对于稀疏信道建模来说，最为理想的模型为参数化模型，对参数化模型进行应用时，应用频率较高的方式为子空间方式，例如达角估计即属于一种典型的、应用频率较高的子空间方式。除此之外，另一种应用频率较高的方式为压缩感知方式，该方式可以对导频开销进行有效控制，使信道估计性能得到提升。

3.2导频设计

为了进一步提高大型天线无线系统的运行性能，实现5G通信网络的优化，有关人员应利用大型天线无线传输技术加强试验频率的合理设计。首先，参考信号的稳定性直接影响信道估计结果的精度。因此，有关人员应利用大型无线天线系统加强基准信号的科学设计，以确保信道估计结果的真实性、完整性和准确性。此外，基准信号主要包含两种信号，一种用于获取信号质量，另一种用于处理数据解调。前者主要采用全发射方法，减少资源占用空间，保证信道最终测试质量，后者主要为大型无线天线系统的运行提供数据解调支持，还可采用基于约简的预编码方法实现导频设计对于变频调速设计，它主要包括以下两个链接。第一个是正交制导频率的设计。基准信号的科学设计应采用混合频率类型和正交类型，并应采用正交制导技术，对大型天线无线系统的干扰进行强有力的抗扰性。二、非正交先导频率的设计。非正交导引头分为两种多路频率导引头:第一种在实际应用中产生高干扰能力，对导引头结果的精度产生不利影响；第二种产生一系列导引头污染，影响估计导引头结果的精度。因此，为了保证变频调速设计的质量，有关人员必须控制变频调速设计时间，采用低干扰方法，最大限度地降低大型无线天线系统的抗干扰能力。同时，要不断提高天线利用率，防止制导频率污染的出现，从而有效解决非正交大规模天线无线传输技术带来的负面问题。

3.3多小区大规模功率分配

将大规模无线天线传输技术应用于多个小区的大规模功率分配，不仅可以实现大规模无线天线系统的科学功率分配，还可以为通信数据传输的安全性和可靠性奠定坚实的基础。因此，在应用大规模无线天线传输技术的背景下，有关人员必须加强几个小区的大规模科学配电。首先，根据几个单元的功率控制机制，有必要最大限度地降低单元之间的抗干扰能力，并确保几个单元大规模功率分配的连续性和一致性。二是控制调整多个单元的规划顺序，形成一套完整的系统功率控制方案，确保单元速率达到最大值。最后，在综合考虑用户发射功率的基础上，利用功率控制方案，不断积累小区率，保证每个小区都能超越基站的限制，实现通信数据的安全传输。此外，为了减少多个单元的发射功率，必须适当增加使用的天线数量。为此，有关人员必须使用强制零接收器，采用大规模无线天线传输技术，发展和完善功率控制机制。

结束语

当前5G大规模天线无线传输技术的使用价值已经十分显著，但是对该项技术进行应用的成本仍然相对较高，同时还需进一步攻克技术问题，所以需要针对相关技术开展进一步的研究工作，以促使其中的可行性以及优势得到进一步显现，并逐渐实现更大范围的商用。

参考文献

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