5G通信中增强物理层安全毫米波通信技术和大规模MIMO技术的分析,本文是通信技术类论文范文例文和物理层和毫米波和通信技术有关毕业论文格式模板范文.
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引言：无线通信技术的发展,给人们的生产、生活等方面带来了很大的便利,能满足人们的多样化通信需求.但这种技术也存在一定的风险,包括窃听风险、通信失真、传输延迟等,影响了人们的通信体验.对此,人们开始将目光转移至5G 通信上,需要在通信终端上安装大规模的天线系统,不仅可以强化空间自由度,还可以增强物理层的处理效果,以保障通信质量和效率.
一、5G 通信网络的概念及特点
1.1 概念
5G 是4G 之后的延伸,在欧盟启动“5G NOW”课题计划以来,世界各国都加大了5G 通信技术的研究力度.我国也将5G 通信技术的研究工作加入到了“863”计划当中,华为公司更是投入了很多的资源来开展研究工作,但目前仅处于论证、实验阶段,还缺少相应的技术标准.对此,欧盟计划将在2020 年推出成熟的技术标准.
1.2 特点
发展5G 通信的主要目的是实现全球互通,以摆脱4G通信存在的不足,以满足用户的实际需求.其具备以下几个特点：一是,现有的频谱资源大多集中在300MHz 至3GHz之间,使得频谱资源存在短缺的问题.二是,用户对通信速率有了更高的要求,5G 通信技术的发展,可满足人们的多元化需求.三是,当5G 通信技术的传输速率会千倍增加,使得数据传输量、系统容量等得到了快速增长[1].
二、5G 通信中增强物理层安全毫米波通信技术与大规模MIMO 技术
2.1 毫米波通信
现阶段,世界上对于5G 安全毫米波技术正处于论证阶段,并未形成完善的技术标准.韩国三星技术人员在毫米波通信方面取得了一定的成就,将波束改造成了天线,在2km的距离内,可实现1Gbit/s 的传输速率( 如图).此外,国外学者对频谱资源进行了研究,并对40GHz以内频段的数据传播情况进行了测量,实现了时延、建筑物穿透损耗、路径损耗等多种测试结果[2].这些研究成果为城市信道通信技术研究提供了有益的借鉴,但还需要解决以下几个问题.
2.1.1 建筑物穿透损耗
通常情况下,当通信信号穿透建筑物时,会发生一定的损耗,与高频信号相比,低频信号的穿透性更强、损耗更小.而毫米波通信信号的传播距离较短,在穿透建筑物时会造成较大的损耗.在这种情况下,容易导致信号无法进入室内,或所接收的信号比较弱,严重影响了通信质量.对此,可在室内设置WI-FI 节点,能有效强化信号接收效果,降低信号穿透损耗带来了影响.例如,WI-FI 联盟已发布了IEEE 802.11ad 技术,在60GHz频段内,可保障信号的传输效果,实现信号无损压缩.同时,还可采用微蜂窝技术,将其作为宏蜂窝的补充和延伸,有利于提高室内的覆盖率,以健全多层网络,从而覆盖信号的传输盲点[3].
2.1.2 路径损耗
路径损耗是无线通信技术中比较常见的问题,主要是因为空间中存在很多的干扰因素,使得无线信号在传输过程中受到了影响,从而产生信号损耗.根据路径损耗规律可知,当信号传输距离一定时,信号的损耗程度与传输频率成正比.对此,在实际传输阶段,对于高频段的信号可应用大规模天线技术,有利于将波束信号集中起来,实现整体增益,以解决路径损耗问题[4].
2.1.3 雨衰减
在应用毫米波通信技术时,必须要综合考虑各项影响因素,而雨衰减也是比较重要的因素之一,会影响无线通信信号传播路径的长度,使得通信效果受到了影响,难以保障通信的安全性与稳定性.若雨量比较大时,会使毫米波通信系统受到干扰,影响通信的质量.同时,在雨水的作用下,信号容易出现散射的情况,导致信号衰减.对此,技术人员应根据当地的降雨结构、降雨特点等进行分析,合理确定信号雨衰减模型,便于进行分析.
2.2 大规模MIMO 技术
在5G 通信系统中应用大规模MIMO 技术,能有效强化通信系统的覆盖率,提高频谱的使用率,以降低通信传输损耗,保障通信的稳定性.传统的MIMO 技术主要以“一对一”为主,难以满足多用户的通信需求,使得传输效率受到了影响.因此,在MIMO 技术的开发上,开始向“多对多”或“多对一”方向发展,一般可在系统的发射端或接收端上安装多根天线,并通过加大发射功率来提高系统的通信性能,有利于实现多路复用增益和分集增益,从而提高信号传输质量和效率[5].
2.2.1D2D 通信
近些年来,无线网络的用户数量迅速增加,对数据通信质量有了更高的要求,需要具备实时性、安全性、可靠性等功能.但从现有的通信系统来看,蜂窝通信还存在很多的限制性问题,包括灵活性差、可靠性低等,难以满足用户的实际需求.而D2D 通信技术可将两个对等的用户节点进行连接,从而实现通信传输,在该网络中,各个用户都具备信号发送与接收的功能.在一定距离内,用户可通过设备直接通信,能有效降低通信基站的负荷,保障通信效率.同时,该技术还可以补充蜂窝频段,以增加通信路径的长度,不断提高通信系统的功能和性能[6].
2.2.2 绿色通信
根据现有的论证可知,5G 无线通信技术的各项功能要优于其他通信技术,尤其是在能耗方面,具备相当的优势,可实现绿色通信的发展需求.在实际运转中,可对各个基站的能耗与网络功率进行管控,有利于提高资源利用率,降低能耗.此外,国内外学者对网络调度方面进行了重点研究,当网络业务不断发展与创新时,其网络也发生了一定的变化.有利于对网络资源进行动态化管理,从而优化网络拓扑结构,以保障管控效果[7].对此,相关学者将MIMO 技术与OFDM、FDMA 技术进行了结合,形成了MIMO-OFDMA 系统,可在现有通信技术的基础上进一步降低能耗,以发挥5G 通信的价值.
2.2.3 信道获取
虽然大规模MIMO 技术有很多的优势性特点,但在实际应用阶段仍存在一些问题,当对发送端、接收端增加天线数量时,加大了信道获取的难度,使得通信传输效果受到了影响.一般可采用时分双工方式,分离系统中的传输与接收信道,并将上行信道与下行信道进行交互,以完成数据的接收工作.与频分双工技术相比,时分双工可降低信道的开销,简化信息反馈环节,避免天线数量增加带来的影响.但这种方式有其限制性范围,若信道处于高速移动的环境下时,其接收质量会受到影响.同时,当进行上行训练时,通信终端与各个通信基站之间会发送导频信号,以估计信道的实际情况.由于导频信号空间的限制性,容易使不同的用户同时向基站发送导频信号,使得基站无法区分各个信号的实际信息,从而出现导频污染的情况[8].
2.2.4 高频段应用
当基站天线数量增多时,还会引发其他问题,使得系统管理、网络部署、网络建设等受到了影响.同时,天线的参数设置、结构配置等由通信系统的工作频率所决定.将天线应用在高频段通信中,会缩小各个天线之间的距离,使得天线的尺寸越来越小,有利于获得良好的通信效果.因此,在5G 通信技术的研究上,应将大规模MIMO 技术应用在高频段上,以保障通信传输效率.
结束语：综上所述,无线通信技术的发展方便了人们的生活,改变了人们的通信方式.但随着社会的发展,人们对通信技术有了更高的要求,推动了5G 通信技术的发展与实现.因此,需要国内外学者认真分析物理层技术,将毫米波通信技术与大规模MIMO 技术作为研究重点,以解决应用阶段存在的问题,确保5G 通信技术的研究效果.
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