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5G基站

5G基站是5G网络的核心设备,提供无线覆盖,实现有线通信网络与无线终端之间的无线信号传输。在技术标准中,5G的频段远高于2G3G4G网络,5G网络现阶段主要工作在3000-5000MHz频段。由于频率越高,信号传播过程中的衰减也越大,所以5G网络的基站密度将更高。截至2019年底,全国共建成5G基站超13万个。[1]

发展历程

美国日本欧洲以及中国开始部署于大中城市,如上海深圳杭州等,已经有小规模部署5G基站,提供5G服务。5G基站采用了多输入多输出、高频通信、超密组网等技术,加大了天馈系统的安装难度,同时还增加了基站点数量,因此5G基站建设过程中环境评估评测成为一个重要的内容。中国工信部开始在一线城市选择部署5G网络,预计到2020年,5G基站建设将会在全国范围内迅速开展,中国移动、中国电信和中国联通已经各自公布了5G商用计划,并且率先在深圳和雄安新区部署5G网络,进一步加速了5G商用发展。[2]

关键技术

采用混合分层网络保证5G网络的易管理、可扩展、高可靠性,能够满足5G基站的高速数据传输业务。同时由于5G主要是实现数据业务传输,因此5G基站需要适应高楼大厦河流湖泊、山区峡谷的复杂应用环境,为了保证5G基站建设的良好性和完整性,下文简要介绍5G基站建设的关键技术。[3]

MR技术

MR是一种无线通信环境评估技术,它是将采集到的信息发送给网络管理员,由网络管理员评判报告的价值,以便能够优化无线网络通信性能。MR技术应用包括覆盖评估、网络质量分析、越区覆盖分析、网络干扰分析、话务热点区域分析和载频隐性故障分析。MR可以渲染移动通信上下行信号强度,发现网络覆盖弱盲区,不但客观准确,还可以节省大量的时间、资源,能够及时发现网络覆盖问题,为网络覆盖优化提供进一步的依据。MR可以实现24小时×7天实时数据采集,完成上下行无线网络质量分析,反映全网通话质量的真实情况,提高全网通话后续数据支持。无线网络建设时,如果越区覆盖范围过大,将会干扰其他小区通信质量,MR可以直观地发现小区覆盖边界,判断是否存在越区覆盖,调整无线网络结构。话务热点区域分析可以实现话务密度、分布和资源利用率指标分析,实现关联性综合分析,制定容量站点、扩容站点的精确规划。[4]

64QAM技术

64QAM能够合理的提升SINR,针对5G网络进行科学规划和设计,降低5G网络部署的复杂度,可以降低重叠覆盖引起的同频干扰及弱覆盖问题,在满足5G网络广覆盖的要求下,增加覆盖的深度,提升5G网络的综合覆盖率,从而实现热点区域连续覆盖、无缝覆盖,不仅能够让更多的用户接入到5G网络,同时还可以享受到高质量的通信服务。64QAM在5G网络通信中的应用分为两个步骤,分别是调制和解调。64QAM调制过程如下:64QAM能够将输入的6比特数据组成一个映射;多电平正交幅度调制生成一个64QAM中频信号;并串转换,将两路并行码流改变为一路串行码流,可以增加一倍速率,码流从2进制改变为8进制,接着可以输出调制而成的RF信号。64QAM解调过程如下:5G网络传输信号时,由于受到自然环境或载波自身限制,信号传输难免受到噪声干扰导致信号发生畸变,如果畸变很小则可以直接判断为0或1,如果畸变比较严重,无法直接判断信号,就可以采用硬判决和软判断方法,准确、快速的识别信号。

抗干扰技术

5G网络干扰主要是指无线电干扰,这些干扰包括互调干扰、带外干扰。因此5G基站建设时,设计、施工人员需要从源头上解决信号存在干扰的问题,既可以保障信号的稳定性,也可以大大地提高控制管理效率。具体地,首先对基站无线电发射设备进行全电磁检测,将可能的将设备自身造成的干扰降到最低;其次是定期加强对发电设备的检查,一旦发现问题就及时进行处理,进而减少信号存在的干扰。

大规模MIMO技术

多入多出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)技术,亦称为多天线技术,通过在通信链路的收发两端设置多个天线而充分利用空间资源,能提供分集增益以提升系统的可靠性,提供复用增益以增加系统的频谱效率,提供阵列增益以提高系统的功率效率,近20年来一直是无线通信领域的主流技术之一。MIMO技术已被第三代合作伙伴计划(The 3rd Generation Partnership Project,3GPP)的LTE/LTE-Advanced与电气电子工程师协会(Institute of Electrical and Electronics Engineers,IEEE)的WiMAX等4G标准采纳。但是,现有4G系统基站配置天线数较少(一般不超过8),MIMO性能增益受到极大限制。针对传统MIMO技术的不足,美国贝尔实验室的Marzetta于2010年提出了大规模MIMO(Massive MIMO或Very Large MIMO)概念。在大规模MIMO系统中,基站配置数十至数百个天线,较传统MIMO系统天线数增加1~2个数量级;基站充分利用系统的空间自由度,在同一时频资源服务若干用户。

传统MIMO到大规模MIMO的演变是一个从量变到质变的过程。由于大规模MIMO的基站天线数和空分用户数较传统MIMO有数量级增加,两者在无线通信基本原理与具体方法上既有相同之处也存在较大差异。近几年,在大规模MIMO的基础理论、信道测量与建模、信道信息获取、无线传输、实验和测试等方面已取得了丰硕成果。大规模MIMO已通过了较为理想的实验室验证和更接近实际的外场测试,并获得了符合预期的巨大性能增益。今后,各研发机构还会进一步开展组网验证,为大规模MIMO未来在5G系统的商用奠定良好基础。[5]

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参考文献

  1. 截至2019年底国内市场5G手机出货量超过1377万部. [2020-1-27]. 
  2. 50城建5万5G基站 5G基站主要在哪里?5G基站的作用. [2020-1-27]. 
  3. 5g基站逻辑架构是什么?5g基站建设要求是怎样的?. [2020-1-27]. 
  4. 5G基站建设组网关键技术. [2020-1-27]. 
  5. 面向5G的大规模天线无线传输理论与技术解析. [2020-1-27].