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5G通信大规模天线无线传输技术

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陈超吴红军范秋雨

摘要：本文通过对大规模天线无线传输技术的概述，分析了大规模天线对5G移动通信网络的意义，并对大规模天线的基本原理进行分析，探讨了大规模天线系统频谱效率理论，研究5G通信大规模天线无线传输技术，以期能够提升通信系统的高效性、安全性与使捷性，带动整个通信领域的技术变革。

关键词：5G通信;大规模天线;无线传输技术

虽然4G通信网络在社会中得到了广泛的布局，但是随着使用时间的延长、人们通信需求的提升，4G通信的技术弊端逐步暴露，而这也为5G通信技术的发展提供了更多的可能性。虽然当前我国的5G通信网络在逐步布局，但是，其尚处于发展的初期阶段，在社会上的应用覆盖面相对较小，大规模天线无线传输技术作为通信领域的关键技术，在不断发展的过程中能够有效带动5G通信系统的逐步完善，提升通信系统的高效性、安全性与便捷性，带动整个通信领域的技术变革。

1大规模天线无线传输技术概述

天线无线传输技术是在上世纪九十年代提出的新技术，随后在该技术理论出现以后，人们经过了不断的研究与发展，形成了新的大规模天线无线传输技术，这一技术属于新型技术，在通信领域的应用带动了行业变革。大规模天线无线传输技术主要指的是在基站所覆盖区域，配置一定数量的天线，将这些天线在某个通信基站内通过大规模集中布设的方式，来进行通信系统的优化，这一技术应用时，基站侧配天线数量有所增加，也就可以实现对一定空间维度内无线资源的深度挖掘，进而满足相应的通信需求[1]。因此，大规模天线无线传输技术在通信领域的作用是不可替代的，不仅使得通信过程中的安全性得以保障，还使得通信系统中的频谱效率有所提升。普通居民小区的平均频率效率与基站天线数量之间存在着紧密的关系，如表1所示。

大规模无线天线系统与常规的4G网络系统相比，其天线数量相对较多，至少要比4G网络系统多1个量级，在小区周边分布有很多的天线，使得在通信系统运行时，多用户信道之间存在着一定的交叉性，其他小区之间所存在的Gauss噪声会在该通信系统运行时逐步受到严重的干扰，也就避免了传统4G网络所存在的技术限制，有效实现了对用户传输功率的优化。大规模无线天线通信系统下，单个用户的容量更具可靠性，基本上不会受到其他因素的干扰。小区中天线分布与阵列分布保持着高度的相似性，与此同时，也需要同步增加基站侧的天线数量，此时，移动通信系统中的天线电波频率也随之增大，傳统的MIMO技术已经难以与现实情况相符合，只有通过二次优化和处理，方可达到安全、高效通信的目的[2]。近年来，随着通信系统中射频频率的逐步增大，在通信系统中也存在着较大的路径损耗，只有通过增加天线数量，方可对高频损耗加以补偿。根据相应的实践，一旦通信网络中的频率达到甚至超过看了100GHz，信号传播不再以衍射为主，而更多地体现在反射和散射方面，而大规模MIMO技术下，可以自动生成可调节波束，而此波束在形成以后，就可以在很大程度上消除和避免传统技术下的信号干扰和失真问题。

5G通信行业的发展中，只有掌握了最为先进的技术，才能够从根本上保障通信的便捷性，以充分利用空间内的天线资源，而传统的4G网络技术下，显然难以符合实际情况，如果要彻底改变这一现状，就需要充分利用天线阵列技术，通过这一技术来避免信号传输时的干扰问题，保障点到点、点到面、面到面之间信号传输的高效性。

2大规模天线对5G移动通信网络的意义

大规模天线技术在移动通信领域的应用，可以有效改变传统技术的频率效率低下的现状，使得通信网络中的频谱效率能够在该技术下有所提升，通过新型网络结构的构建，来保障频率资源的有效利用与分配，使得在移动通信网络中，通信系统的覆盖面有所扩大、系统能耗有所降低。大规模天线技术的突出特征就是MIMO系统中的发射和接收天线端口数量相对较多，这一技术条件下，实现了通信域从时域与频域维度的扩展，使得通信域有所扩大，也就有效提升了空间资源的有效分配和利用，频谱效率有所提升[3]。MIMO技术下，即使在带宽不变的条件下，通信系统中的容量和频率利用率也可以成倍增加，因此，发送端和接收端之间会包含多个独立信道，也就有效提升了系统的兼容性与可靠性。

3大规模天线的基本原理分析

5G通信大规模天线无线技术应用中，其系统的构成相对复杂，主要以密集辐射阵、功分网络、耦合校准网络、直插型连接器和收发单元为主，在该系统运行的过程中，各个构成部分之间要保持良好的协调性与配合性。在密集辐射振中，存在有去耦装置设计，而密集辐射阵由多个双极化辐射单元来构成，必须要保障横向间距与纵向间距的合理性[4]。天线射频通道可以在系统运行时保障无线信号收发的科学性与合理性，收发单元的存在能够对射频通道的RF信号加以接收和发射。而耦合校准网络的存在，是为了对系统中的全部电路加以评估