探究现代前沿无线通信技术的研究方向

摘要：随着现代化信息技术的不断变革，无线通信技术得到了繁荣发展。在移动互联时代下，人们工作生活的方方面面都充斥着无线通信技术。为了满足人们持续更新的需求，以及跟上时代进步的脚步，本文概述了现代前沿无线通信技术的具有前景的研究方向，并基于此展开探讨了无线通信技术面临的挑战。

关键词：无线通信技术  研究方向  通信领域应用

一、引言

人类的发展需求正在朝着多样化的方向拓展。在未来，无线通信技术将会承载着更多的功能。这也意味着对于通信技术在安全与速度方面的要求也会更进一个阶层。我国前沿无线通信技术正在不断拓宽应用领域，努力跟上时代的发展步伐，致力于推进无线通信技术的深层次发展。

在新形势下，无线通信技术已经迈进到5G阶段，涉及的业务已从最初的通话、短信，拓宽到如今的音视频传输、视频通话、线上会议等。在城市中进行了近乎全范围覆盖的WiFi技术，使人们的生活水平以及工作学习效率得到显著改善。在人们生活中颇为常见的短距离无线通信技术“蓝牙”，存在于许多智能手机以及终端设备中。借助蜂窝式网络布局进行传输的微波宽带接入技术，虽能最大限度降低传输距离带来的损耗，但发射频率和传输距离却有所限制。此外，无线宽带技术一般指把高效率的无线技术应用于宽带接入网络中，以无线方式向用户提供宽带接入的技术，具有接入方式多、建设速度快等优势。然而，虽然我国宽带市场体量庞大，但差异化的接入频率及分配方式严重影响着无线宽带接入技术的发展进程。被广泛应用于教育、制造业以及运输业等领域的卫星接入技术借助人造卫星实现了互联网高速接入。红外光纤技术接入方式的传输容量大、数据传输速度快、损耗小，但傳输距离却局限于百米范围。

二、前沿无线通信技术研究方向

（一）认知无线电

认知无线电（Cognitive Radio， CR）以对环境的感知和学习能力、高可靠的通信质量以及可重配置为显著特征。它能够通过学习、理解等方式，针对性地对特定操作参数进行实时改变，比如编码、载波调制和传输功率等，自适应地调整内部的通信机理，从而实现不局限于外部无线环境的高可靠通信以及帮助用户选择最适宜的服务进行无线传输。现阶段，认知无线电网络实现智能频谱管理与应用的热门研究方向主要包括频谱聚合与频谱共享技术，即将具有感知能力的通信设备以特定方式接入授权频段内，并动态利用其频谱，而不影响已授权频段正常通信。

（二）张量理论

张量理论（Tensor Theory）是一种多线性函数，用来表示标量、矢量和张量之间的线性关系。其被广泛应用于连续介质力学、理论物理、化学计量学等研究领域。这里的张量主要指多维数组，本质上是随机矩阵在维度方面的扩张。张量是多维数组的泛概念，非常适合去表示多维度的数据，并通过多维度的数据，可获取用户间的内在联系。在某些方面，张量和多维度数据是对等的。

（三）可见光通信

可见光通信技术（Visible Light Communication， VLC）以可见光波段的光为信息传输载体，而无需借助光纤等有线信道作为传输介质，在空气中直接传输光信号的一种新型通信方式。其优势包括：高宽带、高复用度;空间复用性好;私密性好、电磁免疫;灯光易遮挡不外泄，可用于军事保密部门;基于照明网络无处不在并且无需频率许可。

从目前的发展形势来看，可见光通信将与WiFi、5G等通信技术交互融合，在物联网、智慧城市（家庭）、航空航天、航海、铁路运输、室内导航等领域带来创新应用和价值体验。未来通过借助可见光通信技术，我们能实现的不仅限于超高速的数据传输，而是不可估量的应用创新，开灯就上网或许不再停留于幻想。

（四）大数据智能医疗

在当今数字化浪潮之下，数字化转型已经成为各行各业正在谋求的新出路。医院开始逐步升级信息化系统，以期实现大数据智能医疗的新跨越。眼下，在信息化程度、医疗数据存储和传输、医疗网络安全性、资源共享安全机制及监督管理机制等方面，我国仍存在一些问题需要改进。“构建5G智能医疗系统”和“5G引领医疗的数字化转型”的构想，作为为医疗行业信息化发展的新思路和新方向，能一定程度上提高医疗服务、质量和管理的精准化水平，满足现代医疗卫生服务迫切的数字化需求。

未来，智慧医疗的建设能够实现医生、病人、护士、医疗机构、卫生管理部门、医疗与保险之间的协同，并促进医疗信息化的升级发展。大数据能够极大地改善患者的就医体验，同时优化医疗机构的整治效率和准确度。

（五）无线能量传输

无线能量传输技术（WPT）通过无线的方式实现电源与用电设备之间的能量传输。现今无线能量传输技术主要有电磁感应式、电磁共振式、磁耦合谐振式。

当前最成熟和普遍的是电磁感应方式，利用电磁感应原理，类似于变压器，在发送端和接收端各有一个线圈，电流通过线圈时在线圈中产生磁场，对附近线圈产生感应电动势产生电流。该方式适合短距离充电，转换效率高。电磁共振方式也称为近场谐振式，由能量发送装置和能量接收装置组成，通过调整到相同频率或在一个特定频率上共振，就实现能量的无线传输以及两物体间的能量交互。适合远距离大功率充电，转换效率适中。磁耦合谐振式继承了可远距离传输的磁共振式和近距离传输的电子感应式无线电能传输技术的优点，同时又克服了其不足。该方式传输距离适中，在保证高效率的同时，还是一种非辐射性磁耦合，对人体影响很小。

（六）人工智能

人工智能是一门研究模拟、扩展和延伸人类智能的技术科学，致力于了解智能的本质，并试图制造出一种新型智能机器，可以人类智能相似的方式做出反应。

移动互联时代下，在通信网络安全管理应用、交通通信系统应用、通信视频业务应用等各个方面，人工智能均有着广泛的应用。在交通通信系统中，基于人工智能的决策、路径规划、交通网络服务、交通管理和其他移动优化工具的继承使得高效交通管理具备可能性。人们熟知的自动驾驶就是人工智能在交通领域最彻底的应用。在视频业务服务方面，人工智能已应用于创意创作全流程，加速创意需求、创意灵感和策划等环节的赋能。目前的人工智能还处于工具阶段，能够渗透视频应用的预处理和后处理、超分辨率、机器视觉等等方面，人们在这些过程中使用人工智能工具来提升开发效率或者处理效果。此外，人工智能在中国的安防视频监控项目中已经大量落地，整合了人工智能技术的智能摄像机，可以实现实时监控情况，并在问题发生之前识别出问题发生的可能性。

三、无线通信系统面临的挑战

（一）更高的信息传输速率需求

无线通信技术正在不断地改进以及优化，人们对于通信速率、质量、准确性的要求也呈现出与日俱增的趋势。在全球5G通信竞争市场中，爆发式增长的多媒体业务和数据业务致使无线通信系统的传输质量和传输速率有了更高更严的标准。消费者对传统网络使用习惯正在随着无线通信技术的快速发展与移动应用的普及而改变，随时随地的网络接入，正成为用户对未来网络技术最大的期待。

随着无线应用的涌现和热点网络的快速建立，无线通信已经变得无处不在，用户也将从中感受到无线所带来的高速移动体验。无线设备正在从深度与广度双方面同步发展，它不仅仅是人们日常通信的手段，同时也将成为企业与运营商新应用服务发展的重要基础。

（二）恶劣的输出环境情况下的无限通信网络建设

无线通信技术的蓬勃发展为运动物体和外界之间的信息交互提供了现实基础。但在空间介质中沿直线传播的无线信号，在遇到不同物体后，信号强度会有不同程度削弱。除各种噪声的干扰之外，无线信号还受到其他方式的能量损耗，例如散射损耗、折射损耗、反射损耗。因此，在某些特殊地区，无线信号强度以及可靠性会变得极低，比如在四周环山的山谷中或是地处高山地区的村庄里，信号传输速率很低，并且会出现信号时有时无的现象。在恶劣的输出环境下，如何保证运通信设备与外界的数据交互并且得到实时准确的数据，成了通信行业内研究人员不得不解决的问题。

（三）有限的频谱资源利用效率的提高

无线通信技术频谱资源并非取之不尽用之不竭的，它是有限的，同时也是国家重要的战略性资源，而人类对无线电频谱资源的需求急剧膨胀，导致频谱需求和供应间矛盾日益突出。就实际情况而言，在一些特定的频段、地区和时间，频谱资源严重不足的同时，另一些特定的频段、地区和时间，频谱可能存在大量富余。

现有无线电频谱可利用的频段基本完全已分配给不同领域应用，但是不断拓展的新应用也需要更多的频谱资源，这就导致有些频段接入过多的现象。无线电技术与应用的竞争愈加激烈，我们要对频谱进行合理的管理和分配，发掘能够改善频谱利用效率的新技术以解决无线电频谱问题。

（四）低发射功率——绿色通信

绿色通信，指主张节能减排、致力于减少环境污染、资源过度浪费以及对人体和环境危害的新一代通信理念，主要采用多载波、分布式、创新的高功效、智能温控等技术，配合灵活的站点模拟场景，对基站进行积极改造，以达到降低能耗的目的，实现人与自然和谐相处终极目标，继续走可持续发展的道路。

随着世界经济的飛速发展，能源日益匮乏，污染愈发严重。能源的过度消耗造成了温室效应和一系列的衍生自然灾害，保护环境、防治气候变化成了人类不可避免的重要挑战。贯彻绿色通信的理念，需要企业管理产品全流程节能减排，推广环保材料与清洁能源、评估产品全生命周期碳排放，不断创新低碳节能技术，最大限度地重复利用资源，形成端到端的绿色信息通信方案。绿色节能是行业发展的新的使命，也早已成为行业发展的新的使命

四、结束语

在通信领域，无线通信技术是社会信息化、智能化发展的必然产物。在新时代，人们的生活工作的方方面面无一不被该技术影响着。需求推进着创新，在拓展新领域的创新道路上，开拓并创造新型科技应用需要我们去攻克数不胜数的关键技术难题。在未来社会发展过程当中，无线通信技术必定会进一步得到高质量发展。

作者单位：刘熹威    山东大学

参  考  文  献

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