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5G无线通讯技术天线广泛应用系统

5G无线通讯技术天线广泛应用系统

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【摘要】:
MIMO技术已经在4G系统中得以广泛应用。面对5G在传输速率和系统容量等方面的性能挑战,天线数目的进一步增加仍将是MIMO技术继续演进的主要方向。

MIMO技术已经在4G系统中得以广泛应用。面对5G在传输速率和系统容量等方面的性能挑战,天线数目的进一步增加仍将是MIMO技术继续演进的主要方向。根据概率统计学原理,当基站侧天线数远大于用户天线数时,基站到各个用户的信道将趋于正交。这种情况下,用户间干扰将趋于消失,而巨大的阵列增益将能够有效地提升每个用户的信噪比,从而能够在相同的时频资源上支持更多用户传输。

 

 

  在实际应用中,通过大规模天线,基站可以在三维空间形成具有高空间分辨复用能力,改善接收信号强度并更好地抑制用户间干扰,从而实现更高的系统容量和频谱效率。大规模天线技术的研究内容主要包括:

 

 

(1)应用场景与信道建模

 

  大规模天线技术的潜在应用场景主要包括:宏覆盖、高层建筑、异构网络、室内外热点以及无线回传链路等。此外,以分布式天线的形式构建大规模天线系统也可能成为该技术的应用场景之一。在需要广域覆盖的场景,大规模天线技术可以利用现有频段;在热点覆盖或回传链路等场景,则可以考虑使用更高频段。针对上述典型应用场景,需要根据大规模天线信道的实测结果,对一系列信道参数的分布特征及其相关性进行建模,从而反映出信号在三维空间中的传播特性

 

(2)传输与检测技术

 

  大规模天线的性能增益主要是通过大量天线阵元形成的多用户信道间的准正交特性保证的。然而,在实际的信道条件中,由于设备与传播环境中存在诸多非理想因素,为了获得稳定的多用户传输增益,仍然需要依赖下行发送与上行接收算法的设计来有效地抑制用户间乃至小区间的同道干扰,而传输与检测算法的计算复杂度则直接与天线阵列规模和用户数相关。此外,基于大规模天线的预编码/波束赋形算法与阵列结构设计、设备成本、功率效率和系统性能都有直接的联系。基于Kronecker运算的水平垂直分离算法、数模混合波束赋形技术,或者分级波束赋形技术等可以较为有效地降低大。规模天线系统计算复杂度。

 

 

(3)信道状态信息测量与反馈技术

 

  信道状态信息测量、反馈及参考信号设计等对于MIMO技术的应用具有重要意义。为了更好地平衡信道状态信息测量开销与精度,除了传统的基于码本的隐式反馈和基于信道互易性的反馈机制之外,诸如分级CSI测量与反馈、基于Kronecker运算的CSI测量与反馈、压缩感知以及预体验式等新型反馈机制也值得考虑。

 

(4)盖增强技术以及高速移动解决方案

 

  天线规模的扩展对于业务信道的覆盖将带来巨大的增益,但是对于需要有效覆盖全小区内所有终端的广播信道而言,则会带来诸多不利影响,在这种情况下,类似内外双环波束扫描的接入技术能够解决窄波束的广覆盖问题。除此之外,大规模天线还需要考虑在高速移动场景下,如何实现信号的可靠和高速率传输问题。对信道状态信息获取依赖度较低的波束跟踪和波束拓宽技术,可以有效利用大规模天线的阵列增益提升数据传输可靠性和传输速率。

 

  (5)多用户调度与资源管理技术

 

  大规模天线为无线接入网络提供了更精细的空间粒度以及更多的空间自由度,因此基于大规模天线的多用户调度技术、业务负载均衡技术以及资源管理技术将获得可观的性能增益。

 

 

(6)大规模有源阵列天线技术

 

  大规模天线前端系统从结构上可分为数字阵和数模混合阵两大类。出于复杂度、功耗和成本的考虑,数模混合的阵列架构在高频段将具有很大的应用潜力。大规模有源阵列天线的架构、高效/高可靠/小型化/低成本/模块化收发组件、高精度监测与校准方案等关键技术将直接影响到大规模天线技术在实际应用环境中的性能与效率,并将成为直接关系到大规模天线技术能否最终进入实用化阶段的关键环节。大规模天线技术为系统频谱效率、用户体验、传输可靠性的提升提供了重要保证,同时也为异构化、密集化的网络部署环境提供了灵活的干扰控制与协调手段。随着一系列关键技术的突破以及器件、天线等技术的进一步发展,大规模天线技术必将在5G系统中发挥重大作用。