摘要：本文主要对5G的大规模天线无线传输理论和技术进行分析。人们生活水平的不断提高，生活质量的不断提高，对于无线网络给予更多的期待，来满足自身的发展。面对这一发展形势，人们开始增加了对5G网络的关注度，增加对5G网络的研究。
关键词：5G；大规模天线；无线传输；理论；技术
一、概述
近年来，移动数据业务量几乎呈指数增长，到2020年将达到当前的千倍。同时，随着信息技术系统能源消耗所占比例的不断增加，降低移动通信网络系统的能耗已逐渐成为移动通信发展的重要目标。而目前的第四代移动通信系统，将难以满足未来移动通信对频谱效率和能耗效率的需求。这对第五代移动通信系统的频谱效率和能耗效率提出了极大挑战。
采用多天线发送和多天线接收技术是挖掘无线空间维度资源、提高频谱效率和功率效率的基本途径，近20年来一直是移动通信领域研究开发的主流技术之一。MIMO技术可以提供分集增益、复用增益和功率增益。分集增益可以提高系统的可靠性，复用增益可以支持单用户的空间复用和多用户的空分复用，而功率增益可以通过波束成形提高系统的功率效率。
大规模天线系统的基本特征是：在基站覆盖区域内配置数十根甚至数百根以上天线，较4G系统中的4根天线数增加一个量级以上。这些天线可分散在小区内，或以大规模天线阵列方式集中放置，如图1所示。
二、5G的大规模天线无线产生背景
社会的不断发展，人们的通讯业务量不断增加，数据和信息传输的内容和数据种类不断增加，传统的4G无线网络无法满足人们生产和生活需求，其天线设置的数量较少，空间判断能力较差，使用性能具有自身局限性，不能满足快节奏社会的发展。面对这一发展背景，人们增加人们对5G的大规模天线无线网络的关注度。5G的大规模天线无线具有自身的优势个特点，突破传统4G无线网络的弊端，增加组网技术和无线技术与传输技术的优势，增加了高于4G无线网络几倍的通信效率，提高无线网络的频谱级别，实现了绿色无线网络发展目标。MIMO技术可以对资源进行挖掘，可以实现分集增益目标，四线复用增益目标，实现功率增益目标，满足当下社会对高效率和高容量数据传输网络的需求。
三、大规模天线系统频谱效率理论
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了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；
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。
四、5G大规模天线无线传输理论与技术分析
1、信道信息传输理论与技术
随着5G大规模天线无线传输技术的到来，一定会在短时间内带来数据庞大且复杂的难题。5G移动通信技术在计算精度方面主要会遇到导频污染的现象，由于这个现象，就带来计算的误差，严重的会使数据的传输的稳定性缺失，而信道估计技术则会克服这一问题。其可在运作过程中，实时的参与到导频的分配中去，进行多径时延估计以及多径分量的提取，从而获得一种延迟功率分布的效率，这种信道估计技术所带来的延迟功率分布，将会在数据的传输过程中，进行有效的“保驾护航”，确保计算出来的数据能够稳定、高质量的传输到所指定的位置，也可以消除其中的导频污染，可见信道估计技术对于5G大规模天线无线传输技术的保护机制，是非常重要的，相关专业人员应当掌握。
2、导频技术
移动通信技术里影响系统传输稳定性的关键就是参考信号设计，也就是说导频设计技术的使用。研究目前的实际技术应用情况，并观察以往4G移动通信技术，其将参考信号分成了两个重要的组成部分，分别是获取信号的参考信号以及调节数据的参考信号，两者的作用大不相同。一般前者主要是用来测试信号质量和获取信道信号的，而后者则主要是调节数据，使用预编码导频的。正是在后者的作用基础上，导频设计技术应运而生。由于第5代移动通信技术的复杂性，导频设计技术将分为正交导频以及非正交导频技术两者，细致的分析下来，又可以深化正交导频技术，将其主要区分为时分、正分、码分正交导频，这些技术已经被5G移动通信技术所吸收采纳，其具有十分显著的优点，就是说信号所受到的干扰较小，能够有效的保证信号在传输过程中的质量稳定性。
3、大规模天线无线传输主要方法
大规模天线无线传输和使用人员广播信道与接入信道这两个不同理论依据具有较大联系，其主要是建立在这两个理论基础上，来进行传输。在大规模天线无线传输这一体系中，如果出现天线和使用主体的数量不断增加现象，这时会增加内容传达的难度，导致传输效率低下，传输的目标无法实现。详细来说，大规模天线无线传输过程中，MIMO技术应用时，天线的数量处于最多时，可以在下行利用MRT技术来应用，上行则可以把最大比进行整合和合并，满足容量与性能的需求，降低大规模天线无线电线使用数规模不断扩大时，上行和下行的工作难度，减低上行和下行的复杂度。其次，在受到其它不提因素影响时，导致大规模天线无线传输复杂度增加，可以利用空分多地址形式，利用接收设备等等方法来先进传输。
4、大规模天线系统的资源分配
在该系统当中，为了能够提高资源的利用率，应当对系统中的资源进行优化，这便在一定程度上给无线资源管理提出了更多的要求。为了能够充分发挥该系统的作用，所采取的资源分配和优化方式应当是高效且复杂度较低的设计方案。利用统计空分复用方法能够有效降低实现MIMO的复杂度，然而其在使用过程中会受到用户分簇的影响。人们以容量与最大化为目标，通过统计信道中的信息，采用贪婪算法实现用户分簇，需要将原本具有相似信道的用户一起分配到相同的簇中。分簇方法的使用和其本身性能够有对用户产生一定的影响，以此来影响到传输方法本身的性能。所以，应选择弦距离当作是分簇度量，并提出相关的分簇算法，以完善资源的分配。
结束语：
5G大规模天线无线传输技术的不断提高，对于未来的信息化生产是有着巨大帮助的，全世界都在紧急研究中，可以说这是新一轮的技术革命，我国只要掌握好了其中的频谱效率以及运用高新技术，就一定可以在未来的竞争中，处于不败地位。
参考文献：
[1]吴敏，吴蒙.基于MassiveMIMO5G安全通信技术研究[J].计算机技术与发展，2017，（04）：1-11.
[2]顾源源.基于5G大规模阵列天线的传输协议之空口协议[J].通讯世界，2017（10）：40-41.
[3]秦舒雅，杨龙祥.面向5G的大规模MIMO预编码算法比较研究[J].计算机技术与发展，2015，11（07）：150~154.
论文作者:林光奇
论文发表刊物:《基层建设》2019年第16期
论文发表时间:2019/8/30
标签：天线论文; 技术论文; 频谱论文; 效率论文; 信道论文; 系统论文; 增益论文; 《基层建设》2019年第16期论文;