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[电子技术应用]毫米波蜂窝网络技术研究( 二 )


1.1.3传输质量
由于毫米波通信所处频段较高 ， 通信干扰源很少、电磁频谱干净 ， 可实现极低误码率的可靠稳定传输 ， 可实现与光缆相当的传输质量 。 此外 ， 相比于激光和红外 ， 毫米波对沙尘和烟雾的穿透力很强 ， 可以几乎无影响地穿透烟尘等 。 即使面对爆炸场景造成的严重散射 ， 在出现短暂衰落后可快速恢复 ， 不会对毫米波通信构成严重影响 。
1.1.4元器件尺寸
随着CMOSRF和数字处理领域的进展 ， 低成本、可商业化的毫米波芯片不断涌现[8] 。 同时 ， 在功率放大器和自由空间自适应阵列组合领域取得的技术进步开始伴随着60GHz无线LAN和PAN系统的增长而不断发展 。 更重要的是 ， 在毫米波通信中采用的大型阵列天线可以被压缩至小于1～2cm2的范围以内 。 为了能提供路径分集 ， 一些阵列天线阵列甚至可以遍布整个移动设备表面 。
1.2毫米波蜂窝网络难点
1.2.1毫米波信道的不稳定传输
由于在给定移动速度下 ， 信道变化时间与载频呈线性关系 ， 因此 ， 在毫米波频段 ， 运动时所产生的信道变化远快于当前的蜂窝网络 。 同时 ， 由于毫米波易受到遮挡的影响 ， 会导致路径损耗的波动更加剧烈 ， 因此 ， 毫米波蜂窝网络需要适应高度间歇性连接 。
1.2.2处理功耗
在毫米波蜂窝系统中 ， 由于采用了MassiveMIMO等技术 ， 面临的一大挑战是模数转换的功耗问题 。 根据测算 ， 功耗一般与采样率呈线性关系、与采样比特数呈指数关系[9-10] ， 使得宽带高精度量化与大规模天线阵技术难以应用于低功耗、低成本设备 。
2毫米波蜂窝网络关键技术及发展趋势
2.1关键技术
2.1.1MassiveMIMO技术
MIMO系统的发端和收端均由很多天线构成 ， 通过提供空间分集增益可以大幅提高传输可靠性、频谱效率和能量效率 ， 从而可以容纳更多的信息数据 。 在MassiveMIMO系统中 ， 通过合理地使用多用户MIMO技术 ， 可以避免复杂的调度算法、简化介质访问控制协议的设计；可以使用同样的时间和频率资源 ， 发送不同的信号给各个用户 。 MassiveMIMO系统在保持传统MIMO系统的优势基础上 ， 进一步提高频谱效率和能量效率 ， 是5G毫米波蜂窝网络中采用的重要技术之一 。
2.1.2异构网络技术
为了实现可靠、统一覆盖 ， 支持异构网络已成为目前毫米波蜂窝标准的关键设计目标之一 。 与目前的蜂窝网络相比 ， 毫米波蜂窝标准对异构网络的支持将要求蜂窝选择和路径切换的速度更快 。 这主要是因为 ， 毫米波信号容易受到遮挡的影响 ， 会随着用户的动作或者用户的环境而发生快速的变化 。 用户载波聚合技术是解决该问题的途径之一 ， 可以使移动台同时连接到多个基站 ， 从而提供宏分集 ， 进而提高网络峰值吞吐率 。 图1所示为典型的毫米波异构网络架构 。
[电子技术应用]毫米波蜂窝网络技术研究
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2.1.3移动蜂窝技术
移动蜂窝技术是下一代蜂窝通信系统中一项有前景的技术 ， 将移动中继与移动蜂窝相结合 。 移动蜂窝可以动态移动并且可以动态改变与运营商核心网络的连接 。 可部署于包括公交车、火车、轮船、飞机甚至是私人汽车 ， 从而提高对移动用户的服务质量 。 对于毫米波蜂窝网络的建设而言 ， 一方面 ， 移动蜂窝技术可以改善整体网络的频谱效率 。 另一方面 ， 移动蜂窝技术可以使得移动蜂窝小区代表所有相关用户实施握手 ， 从而减少了移动小区用户单方面的握手活动、有助于网络信号开销的降低 ， 同时也降低了所有用户的能量消耗 。
2.1.4绿色通信技术
下一代毫米波蜂窝网络的发展目标之一是降低整体网络能耗 ， 实现绿色通信 。 室内通信技术可以取得更高的能量效率 ， 因为收、发之间短距离通信有着更好的通信信道质量 。 室内通信可以选择微波、毫米波和可见光等多种高速通信手段 。 可见光通信系统(VLC)通过将信息比特调制在LED可见光上来传输 ， 在传输同等密度的数据时 ， 所消耗的能量远低于基于射频的通信系统 。 同时 ， 将室内与室外数据流分离后 ， 宏蜂窝的基站在无线资源分配上的压力更小 ， 并且可以通过更低的功耗来发射信号 ， 从而大幅降低能耗 。


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