基于5G通信的大规模天线无线传输技术探讨

吕廷亮

摘 要 随着我国经济的高速发展，我国各行各业也呈现出良好的发展趋势，在5G网络的建设过程中，大规模天线无线传输技术是十分重要的基础技术，能够促进5G通信频谱效率的有效提升，同时减少能耗。本文将简单分析大规模无线天线传输理论，并就5G通信中的大规模天线无线传输技术展开探讨，希望可以给业界人士提供一些参考，推动5G大规模天线传输技术的发展进步。

关键词 5G通信;大规模天线;无线传输技术

引言

科技的进步带来时代的进步，移动数据业务出现并得到巨大发展，信息技术资源占比势必将不断增大，这在满足人们对信息资源的应用需求的同时，也导致资源消耗的增多，如何实现信息资源节约是当前摆在人们面前的一个重要问题。大规模天线无线传输系统构架便是解决这一问题的有效措施，其不仅能满足 5G 传输要求，还能最大程度的减少资源投入。所以，针对 5G 大规模天线无线传输技术进行研究是十分必要的。

1大规模天线无线传输的概念

5G通信系统中的频谱效率是基于5G基础频率而来，其对于5G通信系统的信息传播稳定有着重要意义。在频谱效率过低的情况下，5G系统中的频率波动值往往较大，难以稳定，进而导致5G网络信号的接收也会出现波动，不够稳定。而5G网络作为比4G网络更加安全、高效、稳定而低能耗的通信网络，其信号应当保持足够稳定，波动较小，这就要求其频谱效率质量必须维持在一定水平之上。信道容量分析作为评估5G通信系统设计与性能的基础形式，其是基于MIMO多天线技术而提出来的，并且被发现能够适用于大规模天线系统的容量分析。不过，由于大规模天线系统本身更为复杂，故而其信道容量分析的难度也更大，为5G通信的频谱效率质量控制带来了较大难题。首先，大规模天线系统本身较为复杂，包含的天线数目极多，使得新到信息获取较为困难。对此，只能进行信道估计，同时考虑导频污染、路径损耗及天线相关损耗等，利用大规模MIMO的频谱效率来探析基站天线个数和接收机个数间的关系。其次，大规模天线系统对蜂窝移动通信网络造成了一定影响。后者本身容量虽然有限，但是在对其容量进行评估时，还需要考虑大规模天线系统下的基站节点分布与用户分布，进而为蜂窝系统的设计提供数据指导。因此从理论上来看，信道容量分析是大规模天线无线传输的关键。只有在良好的容量分析下，大规模天线系统的频谱效率才有可能始终处于较为稳定的状态，进而保障5G通信网络信号的传输稳定，确保5G网络的建设与发展进程能够顺利推进，为人们提供更好的网络服务[1]。

2大规模天线的基本原理分析

5G大规模天线系统架构，包括密集辐射阵、功分网络、耦合校准网络、盲插型连接器和收发单元。密集辐射阵中设计有去耦装置，密集辐射阵由若干双极化辐射单元按照一定的横向间距和纵向间距组阵。天线射频通道（包括多个辐射单元组成的单元模块）实现无线传输信号的收发;收发单元实现对射频通道RF信号发射和接受;耦合校准网络实现校准及评判电路;这样，通过全方位的从发射信号到接收实现全方位的整合与校对，确保信道线路的畅通与有序运行。大规模天线无线传输原理就是无线信号的收发、到对应频道的接收，再到信号源的处理、整合与监测。这个过程连续统一。但从天线阵发射的大部分能量集中在非常狭窄的区域，这意味着当您使用更多天线时，波束宽度会变窄，因此我们必须建立超出原本困难程度的复杂算法，来精确定位用户的确切位置并指导光束给用户高精度[2]。

3大规模天线系统频谱效率理論

3.1 频谱效率效率理论分析

在多用户大规模天线系统中，随着天线数量及用户数量的增多，信道信息的获取成为该系统性能提升的瓶颈。结合大规模MIMO上下行传输的能耗效率及频谱效率，同时考虑导频污染、信道估计、路径损耗等因素，每个用户基站天线个数和接收机技术有着密切联系，且大规模MIMO频谱效率也会受到相应的影响;其次大规模MIMO对蜂窝移动通信提出了新的挑战，但这也为其设计提出了一个新的参考。

3.2 系统级频谱效率

近年来，有关系统级频谱效率的研究主要采用随机几何法，即根据接收机的信号干燥比，结合Shannon公式对频谱效率进行计算，假设基站的部署从Poisson开始分布，进而得出相应的频谱效率数据，这也是近几年关注度最广泛的系统级频谱效率研究方法。另一种分析方法是假设基站位置已知，且用户在小区内呈均匀分布的情况，根据信道容量及用户期望值，对系统级频谱效率进行计算。当前，国内外的学者对信道信息多天线系统容量的理想值进行了大量研究，未来，非理想值则会成为研究多天线系统容量的主要方向。假设存在导频污染的情况，综合考虑正则迫零预编码或迫零预编码，其容量相关的数值则需进行进一步研究[3]。

45G通信大规模天线无线传输技术

4.1 传输技术

信道信息传输技术是大规模无线传输的核心组成，因为在无线传输体系当中，采用的基数不断变大，导致了无线传输天线数量不断增加，使得通信业务量飞速增长。若无法很好地处理通信业务，则会直接影响到大规模无线传输技术的应用质量。通过传输技术的合理应用，则可以实现导频把控，有效处理每一个通信阶段的工作业务量。但实现该工作目标，需投入较大的资源。当通信导频信号处于高频周期阶段时，此时的通信数据采集量非常大，且数据采集工作具有一定难度。为了能够很好解决该问题，技术人员需对导频信息进行全方位的剖析研究，基于大数据技术对数据信息的深度处理，以得到导频数据报告。技术人员可以分析数据报告，并设计相关的信号信道，以保证导频管控工作开展的可靠性与安全性。在信道互异性校准工作开展时，技术人员依据的工作标准如下：①主要是对校准空间信号进行评判，以保证5G通信信号的高速处理与数据采集工作开展有序。②主要是对评判电路进行校准，在该评判工作开展时，对硬件电路进行一定校准。并采取不同形式对耦合器的关联信道天线信息进行分析，及时地处理相关问题，以确保信道信号传输与接收的可靠性与准确性。

4.2 核心技术

广播信号与接入信道的工作理论非常接近，基于对大规模无线传输技术分析可知，该技术主要依托5G通信与其他传输技术的结合，以保证该技术应用的可靠性与安全性。从信道关联理论、信息传输领域解析，则可以发现该技术的应用，主要是为保证通信内容的准确无误传输，为用户提供安全可靠的通信保障。在大规模无线传输技术应用工作时，随着使用用户与天线数量的逐渐增加，则会影响到原本流畅的通信信道，导致信号传输的工作效率下降，影响到用户的工作与生活。基于5G通信技术的发展，大规模无线传输技术也进行了技术更迭，如MIMO技术的应用，而当无线数量增多的通信工作环境下，则可以采取MRT技术。在MRT技术的应用下，可以对通信上行部分数据进行整合，以满足技术传输的容量与性能需求。当出现一些特殊外界因素影响时，很可能导致大规模无线传输复杂性的加大，为保证通信传输的质量与安全，应当合理应用空分多地址，以接收相关信号，保证无线数据传输的质量与安全。

4.3 导频设计

对5G通信系统而言，参考信号是决定信道估计准确与否的重要因素，因此，需要在大规模天线无线传输系统中，合理设计参考信号，确保信道估计结果准确无误。需要注意的是，参考信号包括以获取信号质量及解调数据为目标的两种信号，前者大多是以全向发送的形式存在，往往只占用较少资源并测试信道质量;后者则能够为系统中数据的解调提供支持，并且在节约成本的基本需求下以预编码的方式进行导频。而导频设计则包括正交导频与非正交导频两种，前者又可以被划分为时分、频分、码分以及混合正交等多种类型，可以用于参考信号的设计。实际上在当前，正交导频技术就已经被广泛应用于4G通信系统，并且由于其具有抗干扰能力强的优势，具有极大的实用价值。不过对5G通信的大规模天线系统而言，导频技术的应用面临着巨大的成本问题。虽然在4G标准中，导频技术的应用成本问题就已经颇受重视，但是由于天线数量有限，该问题始终不是亟待解决的关键性问题。不过随着5G时代的到来，大规模天线系统的应用使得天线数量大幅增加，导频技术的应用成本也水涨船高，已经成为5G通信网络建设中不可忽视的重要问题。为了解决这一问题，非正交导频设计被提出，但同时也带来全新的难题。非正交导频设计可以分为叠加于数据的导频以及复用性导频两种，前者会形成一定干扰，进而影响导频的准确性;而后者则会产生极大的导频污染，对信道估计准确性造成负面影响。为了协调导频设计的成本与质量，当前普遍采用将各网络中的上行导频从时间上加以错开，同时通过干扰低效的方式将干扰排除掉。

4.4 信道估计技术

信道估计技术的应用主要是为了在5G通信过程中有效提升信号处理工作的精确度。构建5G大规模天线无线传输网络能很大程度的提升信号处理、通信传输效率，同时也让通信网络面临巨大的数据处理压力，通信技术人员既要确保能理清庞大而复杂的数据并快速处理，还要保证数据处理与传输的精确度，而信道估计技术的提出与应用就很好地解决了数据精准度的问题。在5G通信网络运行过程中，信号数据计算的精确度可能会因为受到导频污染的影响而出现波动，造成最终的计算误差，甚至在严重情况下还会出现数据传输处理失稳的问题，但是信道估计技术的应用就能有效规避这样的情况出现。信道估计技术在应用时，能够直接参与到通信网络的导频分配工作中，通过多路径实时就通信系统中的时延情况进行估计，并实现多径分量的提取，以最终提升延迟功率分布效率，而这里实现的延迟功率分布能确保通信数据在传输过程中始终保持稳定，而计算得出的数据也将是稳定和高质量的。这样一来，通信数据在向指定位置传输的过程中，导频污染情况也将得到最大限度的避免。综上可知，要确保5G大规模天线传输系统的建设质量，就必须为其设置完善的保护机制，确保其高质量运行。现有新兴通信技術，如导频技术、信道估计技术等等，都为5G移动通信发展提供了重要助力，但不可忽视的是5G大规模天线无线传输系统建设过程中仍有很多难点需要攻克，通信技术人员还要不断研究和开发新技术。

4.5 体系配置

基于5G通信技术要求，在构建大规模无线传输体系时，应当合理地配置各类资源，以确保传输体系的整体运行安全性与可靠性。在资源配置工作开展时，需对差异化资源进行科学利用，以提高系统的运行效率。在大规模无线传输系统运行时，为提高系统运行的工作可靠性，需对系统进行合理优化，而优化工作的开展，将导致大规模无线传输难度的提升。因此，科学严谨地优化配置系统资源，是系统优化工作开展的安全前提。在对大规模无线传输技术与体系进行分析后发现，若合理地应用统计空分方技术，可以有效提高体系建构的可靠性，同时也将降低MIMO技术的工作复杂性。若是对统计空分方技术进行辩证的分析，则可发现该技术具有一定的缺点。在体系配置使用过程中，技术人员的信号分簇会对其应用可靠性产生一定影响。在信号分簇后，无线传输体系则以信号容量为构建核心目标，以实现容量的最大化。通过对信道数据进行整合，并基于相关算法进行用户分簇，对大规模无线传输体系进行可靠性论证。在使用统计空分方分簇计算方式时，可以明显发现体系的通信主体受到了很大影响，导致大规模无线传输性能的下降。技术人员为保证大规模无线传输体系构建的科学性与合理性，需合理应用分簇技术进行计算分析，基于分簇的数目，以选择合理科学的分簇计算方式，对其相关资源进行合理配置，以保证大规模无线传输体系建构的可靠性与安全性[4]。

5结束语

综上所述，大规模天线系统作为5G网络建设的基础，为了确保5G通信大规模天线系统的顺利创建，有必要在其中应用无线传输技术，以此保证系统有效平稳。此外，信道估计技术与导频设计技术作为重要的两种技术，在实际应用中会对5G通信网络信号传输稳定性产生重要影响，为了让5G网络更好地为用户服务，有必要对上述两种技术及其应用进行重点研究。

参考文献

[1] 王东明，张余，魏浩，等.面向5G的大规模天线无线传输理论与技术[J].中国科学：信息科学，2018，46（1）：3-21.

[2] 张新宇.针对5G的大规模天线无线传输技术分析[J].中国新通信，2018，20（14）：142.

[3] 杨绿溪，何世文，王毅，等.面向5G无线通信系统的关键技术综述[J].数据采集与处理，2019，30（3）：469-485.

[4] 周新，蒋惠江.浅析5G通信网络的大规模天线技术[J].电子测试，2019（13）：91-92.