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5G無(wú)線通訊技術(shù)天線廣泛應(yīng)用系統(tǒng)
發(fā)布時(shí)間：
2020-06-10 16:20
MIMO技術(shù)已經(jīng)在4G系統(tǒng)中得以廣泛應(yīng)用。面對(duì)5G在傳輸速率和系統(tǒng)容量等方面的性能挑戰(zhàn)，天線數(shù)目的進(jìn)一步增加仍將是MIMO技術(shù)繼續(xù)演進(jìn)的主要方向。根據(jù)概率統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，當(dāng)基站側(cè)天線數(shù)遠(yuǎn)大于用戶(hù)天線數(shù)時(shí)，基站到各個(gè)用戶(hù)的信道將趨于正交。這種情況下，用戶(hù)間干擾將趨于消失，而巨大的陣列增益將能夠有效地提升每個(gè)用戶(hù)的信噪比，從而能夠在相同的時(shí)頻資源上支持更多用戶(hù)傳輸。
在實(shí)際應(yīng)用中，通過(guò)大規(guī)模天線，基站可以在三維空間形成具有高空間分辨復(fù)用能力，改善接收信號(hào)強(qiáng)度并更好地抑制用戶(hù)間干擾，從而實(shí)現(xiàn)更高的系統(tǒng)容量和頻譜效率。大規(guī)模天線技術(shù)的研究?jī)?nèi)容主要包括：
（1）應(yīng)用場(chǎng)景與信道建模
大規(guī)模天線技術(shù)的潛在應(yīng)用場(chǎng)景主要包括：宏覆蓋、高層建筑、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)、室內(nèi)外熱點(diǎn)以及無(wú)線回傳鏈路等。此外，以分布式天線的形式構(gòu)建大規(guī)模天線系統(tǒng)也可能成為該技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景之一。在需要廣域覆蓋的場(chǎng)景，大規(guī)模天線技術(shù)可以利用現(xiàn)有頻段；在熱點(diǎn)覆蓋或回傳鏈路等場(chǎng)景，則可以考慮使用更高頻段。針對(duì)上述典型應(yīng)用場(chǎng)景，需要根據(jù)大規(guī)模天線信道的實(shí)測(cè)結(jié)果，對(duì)一系列信道參數(shù)的分布特征及其相關(guān)性進(jìn)行建模，從而反映出信號(hào)在三維空間中的傳播特性。
（2）傳輸與檢測(cè)技術(shù)
大規(guī)模天線的性能增益主要是通過(guò)大量天線陣元形成的多用戶(hù)信道間的準(zhǔn)正交特性保證的。然而，在實(shí)際的信道條件中，由于設(shè)備與傳播環(huán)境中存在諸多非理想因素，為了獲得穩(wěn)定的多用戶(hù)傳輸增益，仍然需要依賴(lài)下行發(fā)送與上行接收算法的設(shè)計(jì)來(lái)有效地抑制用戶(hù)間乃至小區(qū)間的同道干擾，而傳輸與檢測(cè)算法的計(jì)算復(fù)雜度則直接與天線陣列規(guī)模和用戶(hù)數(shù)相關(guān)。此外，基于大規(guī)模天線的預(yù)編碼/波束賦形算法與陣列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、設(shè)備成本、功率效率和系統(tǒng)性能都有直接的聯(lián)系。基于Kronecker運(yùn)算的水平垂直分離算法、數(shù)模混合波束賦形技術(shù)，或者分級(jí)波束賦形技術(shù)等可以較為有效地降低大。規(guī)模天線系統(tǒng)計(jì)算復(fù)雜度。
（3）信道狀態(tài)信息測(cè)量與反饋技術(shù)
信道狀態(tài)信息測(cè)量、反饋及參考信號(hào)設(shè)計(jì)等對(duì)于MIMO技術(shù)的應(yīng)用具有重要意義。為了更好地平衡信道狀態(tài)信息測(cè)量開(kāi)銷(xiāo)與精度，除了傳統(tǒng)的基于碼本的隱式反饋和基于信道互易性的反饋機(jī)制之外，諸如分級(jí)CSI測(cè)量與反饋、基于Kronecker運(yùn)算的CSI測(cè)量與反饋、壓縮感知以及預(yù)體驗(yàn)式等新型反饋機(jī)制也值得考慮。
（4）蓋增強(qiáng)技術(shù)以及高速移動(dòng)解決方案
天線規(guī)模的擴(kuò)展對(duì)于業(yè)務(wù)信道的覆蓋將帶來(lái)巨大的增益，但是對(duì)于需要有效覆蓋全小區(qū)內(nèi)所有終端的廣播信道而言，則會(huì)帶來(lái)諸多不利影響，在這種情況下，類(lèi)似內(nèi)外雙環(huán)波束掃描的接入技術(shù)能夠解決窄波束的廣覆蓋問(wèn)題。除此之外，大規(guī)模天線還需要考慮在高速移動(dòng)場(chǎng)景下，如何實(shí)現(xiàn)信號(hào)的可靠和高速率傳輸問(wèn)題。對(duì)信道狀態(tài)信息獲取依賴(lài)度較低的波束跟蹤和波束拓寬技術(shù)，可以有效利用大規(guī)模天線的陣列增益提升數(shù)據(jù)傳輸可靠性和傳輸速率。
（5）多用戶(hù)調(diào)度與資源管理技術(shù)
大規(guī)模天線為無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)提供了更精細(xì)的空間粒度以及更多的空間自由度，因此基于大規(guī)模天線的多用戶(hù)調(diào)度技術(shù)、業(yè)務(wù)負(fù)載均衡技術(shù)以及資源管理技術(shù)將獲得可觀的性能增益。
（6）大規(guī)模有源陣列天線技術(shù)
大規(guī)模天線前端系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上可分為數(shù)字陣和數(shù)模混合陣兩大類(lèi)。出于復(fù)雜度、功耗和成本的考慮，數(shù)模混合的陣列架構(gòu)在高頻段將具有很大的應(yīng)用潛力。大規(guī)模有源陣列天線的架構(gòu)、高效/高可靠/小型化/低成本/模塊化收發(fā)組件、高精度監(jiān)測(cè)與校準(zhǔn)方案等關(guān)鍵技術(shù)將直接影響到大規(guī)模天線技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中的性能與效率，并將成為直接關(guān)系到大規(guī)模天線技術(shù)能否最終進(jìn)入實(shí)用化階段的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。大規(guī)模天線技術(shù)為系統(tǒng)頻譜效率、用戶(hù)體驗(yàn)、傳輸可靠性的提升提供了重要保證，同時(shí)也為異構(gòu)化、密集化的網(wǎng)絡(luò)部署環(huán)境提供了靈活的干擾控制與協(xié)調(diào)手段。隨著一系列關(guān)鍵技術(shù)的突破以及器件、天線等技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，大規(guī)模天線技術(shù)必將在5G系統(tǒng)中發(fā)揮重大作用。
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