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摘要：随着现代通信事业的不断进步与发展，4G网络布局才刚结束不久，5G通信网络就将出现和应用。与4G通信相比，5G通信不但需要在通信速率、安全及质量上得以充分提升，还需要实现频谱效率的提高与能耗的降低，为人们的移动通信提供更加安全、高效、稳定而低能耗的通信网络。而要实现这一点，大规模天线无线传输技术必然需要得到充分应用。本文对5G通信大规模天线无线传输技术进行研究。
关键词：5G通信；大规模；天线无线传输；技术
1 大规模天线无线传输理论
5G通信系统中的频谱效率是基于5G基础频率而来，其对于5G通信系统的信息传播稳定有着重要意义。在频谱效率过低的情况下，5G系统中的频率波动值往往较大，难以稳定，进而导致5G网络信号的接收也会出现波动，不够稳定。而5G网络作为比4G网络更加安全、高效、稳定而低能耗的通信网络，其信号应当保持足够稳定，波动较小，这就要求其频谱效率质量必须维持在一定水平之上。信道容量分析作为评估5G通信系统设计与性能的基础形式，其是基于MIMO多天线技术而提出来的，并且被发现能够适用于大规模天线系统的容量分析。不过，由于大规模天线系统本身更为复杂，故而其信道容量分析的难度也更大，为5G通信的频谱效率质量控制带来了较大难题。首先，大规模天线系统本身较为复杂，包含的天线数目极多，使得新到信息获取较为困难。对此，只能进行信道估计，同时考虑导频污染、路径损耗及天线相关损耗等，利用大规模MIMO的频谱效率来探析基站天线个数和接收机个数间的关系。其次，大规模天线系统对蜂窝移动通信网络造成了一定影响。后者本身容量虽然有限，但是在对其容量进行评估时，还需要考虑大规模天线系统下的基站节点分布与用户分布，进而为蜂窝系统的设计提供数据指导。因此从理论上来看，信道容量分析是大规模天线无线传输的关键。只有在良好的容量分析下，大规模天线系统的频谱效率才有可能始终处于较为稳定的状态，进而保障5G通信网络信号的传输稳定，确保5G网络的建设与发展进程能够顺利推进，为人们提供更好的网络服务。
2 5G通信大规模天线无线传输技术
2.1 导频设计
对5G通信系统而言，参考信号是决定信道估计准确与否的重要因素，因此需要在大规模天线无线传输系统中，合理设计参考信号，确保信道估计结果准确无误。需要注意的是，参考信号包括以获取信号质量及解调数据为目标的两种信号，前者大多是以全向发送的形式存在，往往只占用较少资源并测试信道质量；后者则能够为系统中数据的解调提供支持，并且在节约成本的基本需求下以预编码的方式进行导频。而导频设计则包括正交导频与非正交导频两种，前者又可以被划分为时分、频分、码分以及混合正交等多种类型，可以用于参考信号的设计。
实际上在当前，正交导频技术就已经被广泛应用于4G通信系统，并且由于其具有抗干扰能力强的优势，具有极大的实用价值。不过对5G通信的大规模天线系统而言，导频技术的应用面临着巨大的成本问题。虽然在4G标准中，导频技术的应用成本问题就已经颇受重视，但是由于天线数量有限，该问题始终不是亟待解决的关键性问题。不过随着5G时代的到来，大规模天线系统的应用使得天线数量大幅增加，导频技术的应用成本也水涨船高，已经成为5G通信网络建设中不可忽视的重要问题。为了解决这一问题，非正交导频设计被提出，但同时也带来全新的难题。非正交导频设计可以分为叠加于数据的导频以及复用性导频两种，前者会形成一定干扰，进而影响导频的准确性；而后者则会产生极大的导频污染，对信道估计准确性造成负面影响。为了协调导频设计的成本与质量，当前普遍采用将各网络中的上行导频从时间上加以错开，同时通过干扰低效的方式将干扰排除掉。而且在天线数量足够多时，该方法还能够有效减少导频污染，综合解决非正交导频设计所带来的问题。不过，该设计需要基站增加更多的天线，如果空分用户数目过大，同样会产生巨大的运行成本。
除此之外，还可以利用串行干扰的方式来对信号进行估计，这种方式下则可以采取半正交导频设计方式，利用已获得信道估计数据的用户所传输的上行链路数据，强化有效数据的传输，进而减少导频成本。
2.2 信道估计
就当前来看，5G通信大规模系统中的信道估计方法较为多样。其中，基于大规模MIMO信道稀疏特性的信号处理算法，能够有效促进信道估计的精准性，使得这种信道估计方法有着巨大的应用价值。再加上MIMO信道的角度域及时延域都有着一定的稀疏特性，从而可以直接针对这些稀疏信道进行建模，并利用参数化计算方法与压缩感知方法，对信道估计的精准性再次加以提升，从而为5G通信网络提供稳定的传输信号。当前较为常见的压缩感知算法主要有正交匹配追踪法与机遇Bayes的匹配值宗法两种。在此基础之上，还可以充分利用子空间方法，以到达角为载体来提高信道估计精准性，同时尽可能降低导频成本。盲信道估计方法在5G通信大规模系统中也有着较大应用价值，其最大的优势在于协调了估计精度、导频成本以及导频污染。该方法是基于大规模MIMO信道空间本身具有的渐进正交性而提出，通过分解特征值的方式，利用少量上行导频来将矩阵模糊度进行处理甚至消除，从而初步保障信道估计精准性。事实上，该方法还可以在不使用导频信号的前提下，利用子空间投算法，对信道进行估值，从而起到减少导频污染的作用。不过需要注意的是，盲信到估计方法本身较为复杂，直接应用较为困难。
另外，5G通信大规模天线无线传输还包括大量其他技术，如通过数据辅助对信道进行估计，将信道估计与导频分配相结合，借助反馈辅助提高信道估计精准性等。但是就当前来看，这些方法都还或多或少地存在一些缺陷，如利用数据辅助估计信道时，必须要解决数据量过大，数据内容过于复杂的问题。
2.3 大规模天线无线传输核心技术
大规模天线无线传输与使用者广播和接入信道两个不一样的理论依据关系尤为紧密，且其实际是于以上理论基础之上展开传输的。倘若从理论这一角度思考，信道关联理应进行阐述与信息传递，还有咨询，关注通过检测的实际作用来保证内容得到迅速传达。在无线传输系统里面，假使出现了天线与使用者量的增加，这个时候必然会导致内容传递不顺畅，最终使得传输效率大幅下降，无法将传输目标在短期内实现。详细来说，大规模天线无线传输的时候，采取MIMO技术的阶段，天线数处在非常多的情况下时，应当确保在下行充分采用MRT技术，而对于上行部分，可进行相应的整合，借此达到容量及性能的有关需求，避免上下行工作难以顺利开展的情况发生。再者，在被别的因素所影响时，造成大规模天线无线传输复杂性加大，可以借助空分多地址，借助接收设备等方式展开传输。
结束语
综合上述分析可知，大规模天线系统的构建将成为5G网络重要基础。而要有效建设5G通信大规模天线系统，则需要对其无线传输技术进行合理应用，从而保障系统的稳定性与有效性。其中，导频设计与信道估计相关技术最为重要，二者的应用情况将直接影响5G通信网络信号传输的稳定情况，关系到5G网络能够为用户提供稳定的良好服务，需要加以高度重视与研究。
参考文献：
[1]王东明，张余，魏浩，等.面向5G的大规模天线无线传输理论与技术[J].中国科学：信息科学，2016，46（1）：3-21.
[2]张新宇.针对5G的大规模天线无线传输技术分析[J].中国新通信，2018，20（14）：142.
[3]张琦.面向5G的大规模MIMO无线传输技术研究[D].南京邮电大学，2015.
[4]周新，蒋惠江.浅析5G通信网络的大规模天线技术[J].电子测试，2018（13）：91-92.