葉 聰

（南京信息工程大學(xué)，江蘇 南京 210000）

1 研究新時(shí)期視角下5G無(wú)線通信技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)意義

科學(xué)技術(shù)的不斷向前發(fā)展帶動(dòng)社會(huì)各種生產(chǎn)力的提升，進(jìn)而全面提高了人們的日常生活質(zhì)量，而且經(jīng)濟(jì)規(guī)模的不斷擴(kuò)張促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)的快速革新，形成一種良性發(fā)展循環(huán)狀態(tài)[1-4]。當(dāng)前我國(guó)通信技術(shù)不斷向前發(fā)展，是實(shí)現(xiàn)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定提升的重要保障基礎(chǔ)，同時(shí)也為人們的日常生活與通信帶來(lái)了諸多便利。我國(guó)在通信技術(shù)方面投入了大量的人力、物力以及財(cái)力，并且在近幾年的發(fā)展過(guò)程中，無(wú)線通信技術(shù)取得了令人矚目的成就?，F(xiàn)階段，我國(guó)正在逐步進(jìn)入5G通信時(shí)代并且長(zhǎng)期演進(jìn)（Long Term Evolution，LTE）技術(shù)也正式被應(yīng)用到商業(yè)發(fā)展領(lǐng)域中，無(wú)線移動(dòng)通信技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)逐漸達(dá)到了世界一流的發(fā)展水平。與此同時(shí)，5G技術(shù)的大規(guī)模推廣和應(yīng)用為人們的日常生活與工作帶來(lái)了諸多便利，改變了人們的生活方式，提高了人們的生活質(zhì)量[5]。

5G技術(shù)是現(xiàn)階段世界各大強(qiáng)國(guó)之間相互競(jìng)爭(zhēng)的重要技術(shù)領(lǐng)地，各個(gè)國(guó)家想要在5G技術(shù)時(shí)代來(lái)臨之前搶奪各種發(fā)展先機(jī)，5G時(shí)代的布局和推廣工作直接影響到世界通信技術(shù)的未來(lái)發(fā)展方向。整體而言，我國(guó)在通信技術(shù)的發(fā)展層次上相比于幾十年前有了跨越式的進(jìn)展，并且在一些無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用方面達(dá)到了世界領(lǐng)先水平，但是整體而言，和世界上一些發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)在無(wú)線通信技術(shù)的積累工作方面仍然需要進(jìn)一步提升。如何在新時(shí)期發(fā)展背景下推進(jìn)5G無(wú)線通信技術(shù)的更深層次發(fā)展具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義，要不斷縮短和世界各大強(qiáng)國(guó)之間的技術(shù)差距，從而帶動(dòng)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)[6]。

2 新時(shí)期視角下5G無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

我國(guó)5G技術(shù)的研究工作主要是以華為科技和中國(guó)移動(dòng)作為領(lǐng)跑者，國(guó)外5G技術(shù)的研究中，英國(guó)的薩里大學(xué)與三星電子作出的貢獻(xiàn)較大。當(dāng)前，我國(guó)在5G技術(shù)研究工作方面已經(jīng)取得了明顯的成績(jī)，新時(shí)期發(fā)展視角下5G無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀主要包含以下幾個(gè)方面。

2.1 高頻傳輸通信技術(shù)

隨著我國(guó)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷革新和優(yōu)化，我國(guó)網(wǎng)絡(luò)用戶整體呈現(xiàn)指數(shù)增長(zhǎng)，用戶方面對(duì)于信息傳輸效率和質(zhì)量提出了更高的要求與標(biāo)準(zhǔn)。例如，隨著網(wǎng)絡(luò)用戶的不斷增加，現(xiàn)有的信息傳輸網(wǎng)絡(luò)在信息傳輸效率和穩(wěn)定性方面需要得到進(jìn)一步提升，通過(guò)5G高頻傳輸通信技術(shù)的應(yīng)用可以改善傳統(tǒng)無(wú)線通信技術(shù)存在的欠缺和不足。有效應(yīng)用5G無(wú)線通信技術(shù)可以很大程度上優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)用戶的使用體驗(yàn)，但是該項(xiàng)技術(shù)在現(xiàn)階段的使用過(guò)程中仍然存在一定的問(wèn)題，如數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的波動(dòng)相對(duì)較大、信息傳輸成本較高等，這些問(wèn)題需要引起相關(guān)研究工作人員的充分重視[7]。

2.2 密集網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)

無(wú)線通信技術(shù)與人們的日常生活與生產(chǎn)活動(dòng)之間有著密切的關(guān)聯(lián)，5G技術(shù)的快速向前發(fā)展可以有效解決無(wú)線信息傳輸過(guò)程中存在的各種問(wèn)題。例如，不同地區(qū)人口數(shù)量不同，對(duì)于信息傳輸工作需求也有所差異，無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際使用過(guò)程中需要根據(jù)不同的信息傳輸要求和標(biāo)準(zhǔn)提供必要的技術(shù)支撐與保障，以免產(chǎn)生信息傳輸需求量過(guò)高，無(wú)法滿足信息傳輸效率和穩(wěn)定性要求。密集網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的合理應(yīng)用可以有效解決這一問(wèn)題所產(chǎn)生的影響，對(duì)于低需求地區(qū)需要建立起低功率信息傳輸節(jié)點(diǎn)，有效提高熱點(diǎn)區(qū)域信息傳輸效率和穩(wěn)定性。通過(guò)密集網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的應(yīng)用可以有效解決不同地區(qū)信息傳輸量和傳輸穩(wěn)定性的要求與標(biāo)準(zhǔn)，盡管該項(xiàng)技術(shù)在實(shí)際使用過(guò)程中仍然存在一定的問(wèn)題，但是隨著后續(xù)的技術(shù)革新和優(yōu)化將會(huì)全面提高信息傳輸效率及穩(wěn)定性[8]。

3 關(guān)于新時(shí)期視角下5G無(wú)線通信技術(shù)問(wèn)題的應(yīng)對(duì)方案

3.1 更多頻譜

3.1.1 高頻段信號(hào)傳輸和關(guān)鍵技術(shù)

在5G無(wú)線通信技術(shù)的研究和使用工作過(guò)程中，高頻段信號(hào)傳輸技術(shù)是其中非常關(guān)鍵的技術(shù)組成部分，同時(shí)也是該項(xiàng)技術(shù)未來(lái)研究和發(fā)展的重要方向?，F(xiàn)階段，隨著5G無(wú)線通信技術(shù)的研究程度不斷提升，已經(jīng)有研究工作單位對(duì)于5G無(wú)線通信技術(shù)展開(kāi)了高頻段信息傳輸和測(cè)試研究工作，并且取得了相對(duì)比較明顯的研究工作成果。高頻傳輸通信技術(shù)在5G無(wú)線通信技術(shù)研究工作中的有效應(yīng)用可以充分實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息的高效率傳輸，保證信息傳輸工作的穩(wěn)定性。在高頻段信號(hào)傳輸技術(shù)的研究和使用工作過(guò)程中，仍然存在一定的問(wèn)題和不足，主要包含高頻段信號(hào)傳輸過(guò)程中容易受到吸收損耗等問(wèn)題的影響，并且還存在信號(hào)頻段設(shè)置過(guò)高等問(wèn)題，會(huì)造成無(wú)線通信工作過(guò)程中電磁波路徑出現(xiàn)較高的損耗，使得數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性下降[9]。高頻段信號(hào)傳輸過(guò)程如圖1所示。

圖1 高頻段信號(hào)傳輸

3.1.2 靈活頻譜共享技術(shù)

靈活頻譜共享技術(shù)在使用過(guò)程中主要是基于5G技術(shù)的物理層設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，屬于4G和5G技術(shù)之間的動(dòng)態(tài)頻譜共享基礎(chǔ)。在相同的子載波間隔與相似的結(jié)構(gòu)條件下，4G和5G之間的動(dòng)態(tài)頻譜可以實(shí)現(xiàn)靈活共享。例如，在人們的日常生活中，比較常用的手機(jī)運(yùn)用導(dǎo)頻信號(hào)來(lái)建立起公共信號(hào)傳輸網(wǎng)絡(luò)，并且靈活地與5G網(wǎng)絡(luò)通信之間實(shí)現(xiàn)同步工作。頻譜共享技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)導(dǎo)頻和同步信號(hào)之間的有效對(duì)接，對(duì)于手機(jī)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)并與網(wǎng)絡(luò)保持通信工作之間有著至關(guān)重要的作用。其本質(zhì)意義主要在于調(diào)度用戶，以此來(lái)保證用于同步和下行鏈路測(cè)量的參考信號(hào)在信息傳輸工作過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的沖突，并且也不會(huì)對(duì)LTE用戶的信息通信造成嚴(yán)重的影響。

3.2 更高頻譜效率

3.2.1 非正交多址接入技術(shù)

非正交多址接入技術(shù)和傳統(tǒng)的正交傳輸技術(shù)之間存在一定的差異性，在信息傳輸過(guò)程中，主要是在發(fā)送端使用非正交發(fā)送方式主動(dòng)引入干擾信息，同時(shí)在接收端通過(guò)串行干擾刪除技術(shù)實(shí)現(xiàn)正確的調(diào)節(jié)。非正交傳輸過(guò)程中，基本工作模式主要是使用復(fù)雜的接收機(jī)設(shè)計(jì)有效換取更高的頻譜效率。隨著芯片處理能力的不斷提升，將使得非正交傳輸技術(shù)在實(shí)際系統(tǒng)中的應(yīng)用成為可能。

非正交多址接入技術(shù)中主要包含串行干擾刪除技術(shù)和功率復(fù)用技術(shù)等。（1）串行干擾刪除技術(shù)。在信息的發(fā)送端通過(guò)引入干擾信息可以有效獲取更高的頻譜傳輸工作效率，但是在信息傳輸工作過(guò)程中，同樣也會(huì)受到多址問(wèn)題的干擾，對(duì)于消除多址干擾問(wèn)題在經(jīng)過(guò)第3代移動(dòng)通信系統(tǒng)的研究工作已經(jīng)取得了很多的工作成果，串行干擾刪除技術(shù)是其中比較重要的技術(shù)方法之一。在系統(tǒng)接收端通過(guò)使用標(biāo)準(zhǔn)接口連接（Standard Interface Connector，SIC）接收機(jī)設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)多用戶信息傳輸檢測(cè)，串行干擾消除技術(shù)的基本思想主要是使用逐級(jí)消除干擾工作策略，在接收信號(hào)中準(zhǔn)確判斷各個(gè)用戶信息，并且將用戶信號(hào)產(chǎn)生的多址干擾信息從最終的接收信號(hào)中去除，然后再對(duì)剩下的用戶實(shí)施二次信息判斷，如此循環(huán)操作直到消除所有的多址干擾問(wèn)題[10]。（2）功率復(fù)用技術(shù)。在接收端消除多址干擾之后，需要在接收信號(hào)內(nèi)部對(duì)用戶實(shí)施信號(hào)判決，有效消除干擾用戶信息傳輸?shù)南群箜樞?，而判決工作的主要依據(jù)是用戶信號(hào)功率大小不同的基站。在信息發(fā)送端會(huì)針對(duì)不同的用戶分配不同的功能信號(hào)，以此來(lái)有效獲取系統(tǒng)信號(hào)傳輸工作的最大性能增益，同時(shí)可以達(dá)到區(qū)分用戶的作用和效果。

3.2.2 電磁渦旋無(wú)線傳輸技術(shù)

電磁渦旋無(wú)線傳輸技術(shù)主要是利用電磁波所具備的多維度特點(diǎn)，可以有效提高無(wú)線頻譜的使用工作效率。其中比較常用的電磁波維度特征量主要包含頻率、時(shí)間、空間以及偏振，所對(duì)應(yīng)的信號(hào)復(fù)用方法主要包含頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用、空分復(fù)用以及極化復(fù)用等。電磁渦旋無(wú)線傳輸技術(shù)還利用了電磁波軌道角動(dòng)量的傳輸特性將電磁波束進(jìn)行扭曲與纏繞，并且通過(guò)不同波束扭曲角度的差異性，全面實(shí)現(xiàn)電磁波在不同軌道角動(dòng)量上的復(fù)用效果，以此可以有效提高無(wú)線信道的容量大小，提高信息傳輸工作的效率和穩(wěn)定性。

3.3 更多基站

3.3.1 大規(guī)模天線技術(shù)

隨著通信產(chǎn)業(yè)的不斷向前發(fā)展，頻譜資源總量日漸稀少，如何全面提高頻譜使用率成為我國(guó)5G通信技術(shù)未來(lái)發(fā)展的重要研究問(wèn)題。在此發(fā)展背景下，基于大規(guī)模天線技術(shù)的應(yīng)用可以對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行合理解決。通過(guò)使用大規(guī)模天線技術(shù)可以帶來(lái)更大的陣列效益和干擾抑制效果，可以使頻譜效率和邊緣用戶頻譜效率得到全面提升。不但如此，大規(guī)模天線技術(shù)的應(yīng)用還可以全面實(shí)現(xiàn)對(duì)空間位置的合理劃分，通過(guò)使用空分多址同時(shí)對(duì)多個(gè)用戶進(jìn)行服務(wù)。當(dāng)前在5G通信技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，已經(jīng)正式推出關(guān)于大規(guī)模天線技術(shù)的增強(qiáng)與改進(jìn)工作方法，有效滿足不同區(qū)域?qū)τ谛畔鬏斎萘恳约百Y源下載速率增長(zhǎng)的要求和標(biāo)準(zhǔn)，但是基于5G通信系統(tǒng)條件，基站下行最大只能同步支撐8根發(fā)送天線，對(duì)于性能的提升仍然比較有限。在未來(lái)的5G技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，通過(guò)引入有源天線技術(shù)可以充分實(shí)現(xiàn)各基站達(dá)到3D波速成型效果，可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)信息傳輸容量，有效滿足日益增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)要求和標(biāo)準(zhǔn)。

3.3.2 超密集組網(wǎng)技術(shù)

為了有效應(yīng)對(duì)未來(lái)可持續(xù)增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)發(fā)展工作要求，通過(guò)使用超密集組網(wǎng)技術(shù)方法將成為5G提升網(wǎng)絡(luò)整體性能的關(guān)鍵方式之一。通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)中有效引入更多低功率的信號(hào)傳輸節(jié)點(diǎn)，可以全面實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)熱點(diǎn)、消除盲點(diǎn)、改善網(wǎng)絡(luò)覆蓋面以及提高系統(tǒng)容量等多種功能和效果，但是隨著信號(hào)傳輸密度的不斷增加，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也會(huì)變得越來(lái)越復(fù)雜，在5G通信工作過(guò)程中經(jīng)常會(huì)受到外部環(huán)境干擾的影響，因此對(duì)于超密集組網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用而言，必須要有效提高信息通信網(wǎng)絡(luò)的抗干擾性能，特別是提高一些邊緣用戶的信息傳輸穩(wěn)定性。通過(guò)超密集組網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用可以有效提高網(wǎng)絡(luò)信息傳輸?shù)撵`活性，降低信息傳輸工作過(guò)程中的外部環(huán)境干擾，同時(shí)可以為更加靈活的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)提供有效保障。

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)5G技術(shù)的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，其將會(huì)在我國(guó)各大社會(huì)產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮出關(guān)鍵性的作用和優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)階段，我國(guó)很多地區(qū)已經(jīng)正式開(kāi)始使用5G技術(shù)，并且在各大產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用效果比較明顯，但是其中的一些核心內(nèi)容仍然需要進(jìn)行進(jìn)一步的革新和優(yōu)化，從而為推動(dòng)我國(guó)通信行業(yè)以及整個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展提供有力保障。