探究現(xiàn)代前沿?zé)o線通信技術(shù)的研究方向

摘要：隨著現(xiàn)代化信息技術(shù)的不斷變革，無(wú)線通信技術(shù)得到了繁榮發(fā)展。在移動(dòng)互聯(lián)時(shí)代下，人們工作生活的方方面面都充斥著無(wú)線通信技術(shù)。為了滿(mǎn)足人們持續(xù)更新的需求，以及跟上時(shí)代進(jìn)步的腳步，本文概述了現(xiàn)代前沿?zé)o線通信技術(shù)的具有前景的研究方向，并基于此展開(kāi)探討了無(wú)線通信技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞：無(wú)線通信技術(shù)? 研究方向? 通信領(lǐng)域應(yīng)用

一、引言

人類(lèi)的發(fā)展需求正在朝著多樣化的方向拓展。在未來(lái)，無(wú)線通信技術(shù)將會(huì)承載著更多的功能。這也意味著對(duì)于通信技術(shù)在安全與速度方面的要求也會(huì)更進(jìn)一個(gè)階層。我國(guó)前沿?zé)o線通信技術(shù)正在不斷拓寬應(yīng)用領(lǐng)域，努力跟上時(shí)代的發(fā)展步伐，致力于推進(jìn)無(wú)線通信技術(shù)的深層次發(fā)展。

在新形勢(shì)下，無(wú)線通信技術(shù)已經(jīng)邁進(jìn)到5G階段，涉及的業(yè)務(wù)已從最初的通話、短信，拓寬到如今的音視頻傳輸、視頻通話、線上會(huì)議等。在城市中進(jìn)行了近乎全范圍覆蓋的WiFi技術(shù)，使人們的生活水平以及工作學(xué)習(xí)效率得到顯著改善。在人們生活中頗為常見(jiàn)的短距離無(wú)線通信技術(shù)“藍(lán)牙”，存在于許多智能手機(jī)以及終端設(shè)備中。借助蜂窩式網(wǎng)絡(luò)布局進(jìn)行傳輸?shù)奈⒉▽拵Ы尤爰夹g(shù)，雖能最大限度降低傳輸距離帶來(lái)的損耗，但發(fā)射頻率和傳輸距離卻有所限制。此外，無(wú)線寬帶技術(shù)一般指把高效率的無(wú)線技術(shù)應(yīng)用于寬帶接入網(wǎng)絡(luò)中，以無(wú)線方式向用戶(hù)提供寬帶接入的技術(shù)，具有接入方式多、建設(shè)速度快等優(yōu)勢(shì)。然而，雖然我國(guó)寬帶市場(chǎng)體量龐大，但差異化的接入頻率及分配方式嚴(yán)重影響著無(wú)線寬帶接入技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程。被廣泛應(yīng)用于教育、制造業(yè)以及運(yùn)輸業(yè)等領(lǐng)域的衛(wèi)星接入技術(shù)借助人造衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)高速接入。紅外光纖技術(shù)接入方式的傳輸容量大、數(shù)據(jù)傳輸速度快、損耗小，但傳輸距離卻局限于百米范圍。

二、前沿?zé)o線通信技術(shù)研究方向

（一）認(rèn)知無(wú)線電

認(rèn)知無(wú)線電（Cognitive Radio， CR）以對(duì)環(huán)境的感知和學(xué)習(xí)能力、高可靠的通信質(zhì)量以及可重配置為顯著特征。它能夠通過(guò)學(xué)習(xí)、理解等方式，針對(duì)性地對(duì)特定操作參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)改變，比如編碼、載波調(diào)制和傳輸功率等，自適應(yīng)地調(diào)整內(nèi)部的通信機(jī)理，從而實(shí)現(xiàn)不局限于外部無(wú)線環(huán)境的高可靠通信以及幫助用戶(hù)選擇最適宜的服務(wù)進(jìn)行無(wú)線傳輸。現(xiàn)階段，認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)智能頻譜管理與應(yīng)用的熱門(mén)研究方向主要包括頻譜聚合與頻譜共享技術(shù)，即將具有感知能力的通信設(shè)備以特定方式接入授權(quán)頻段內(nèi)，并動(dòng)態(tài)利用其頻譜，而不影響已授權(quán)頻段正常通信。

（二）張量理論

張量理論（Tensor Theory）是一種多線性函數(shù)，用來(lái)表示標(biāo)量、矢量和張量之間的線性關(guān)系。其被廣泛應(yīng)用于連續(xù)介質(zhì)力學(xué)、理論物理、化學(xué)計(jì)量學(xué)等研究領(lǐng)域。這里的張量主要指多維數(shù)組，本質(zhì)上是隨機(jī)矩陣在維度方面的擴(kuò)張。張量是多維數(shù)組的泛概念，非常適合去表示多維度的數(shù)據(jù)，并通過(guò)多維度的數(shù)據(jù)，可獲取用戶(hù)間的內(nèi)在聯(lián)系。在某些方面，張量和多維度數(shù)據(jù)是對(duì)等的。

（三）可見(jiàn)光通信

可見(jiàn)光通信技術(shù)（Visible Light Communication， VLC）以可見(jiàn)光波段的光為信息傳輸載體，而無(wú)需借助光纖等有線信道作為傳輸介質(zhì)，在空氣中直接傳輸光信號(hào)的一種新型通信方式。其優(yōu)勢(shì)包括：高寬帶、高復(fù)用度;空間復(fù)用性好;私密性好、電磁免疫;燈光易遮擋不外泄，可用于軍事保密部門(mén);基于照明網(wǎng)絡(luò)無(wú)處不在并且無(wú)需頻率許可。

從目前的發(fā)展形勢(shì)來(lái)看，可見(jiàn)光通信將與WiFi、5G等通信技術(shù)交互融合，在物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市（家庭）、航空航天、航海、鐵路運(yùn)輸、室內(nèi)導(dǎo)航等領(lǐng)域帶來(lái)創(chuàng)新應(yīng)用和價(jià)值體驗(yàn)。未來(lái)通過(guò)借助可見(jiàn)光通信技術(shù)，我們能實(shí)現(xiàn)的不僅限于超高速的數(shù)據(jù)傳輸，而是不可估量的應(yīng)用創(chuàng)新，開(kāi)燈就上網(wǎng)或許不再停留于幻想。

（四）大數(shù)據(jù)智能醫(yī)療

在當(dāng)今數(shù)字化浪潮之下，數(shù)字化轉(zhuǎn)型已經(jīng)成為各行各業(yè)正在謀求的新出路。醫(yī)院開(kāi)始逐步升級(jí)信息化系統(tǒng)，以期實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)智能醫(yī)療的新跨越。眼下，在信息化程度、醫(yī)療數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸、醫(yī)療網(wǎng)絡(luò)安全性、資源共享安全機(jī)制及監(jiān)督管理機(jī)制等方面，我國(guó)仍存在一些問(wèn)題需要改進(jìn)?！皹?gòu)建5G智能醫(yī)療系統(tǒng)”和“5G引領(lǐng)醫(yī)療的數(shù)字化轉(zhuǎn)型”的構(gòu)想，作為為醫(yī)療行業(yè)信息化發(fā)展的新思路和新方向，能一定程度上提高醫(yī)療服務(wù)、質(zhì)量和管理的精準(zhǔn)化水平，滿(mǎn)足現(xiàn)代醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)迫切的數(shù)字化需求。

未來(lái)，智慧醫(yī)療的建設(shè)能夠?qū)崿F(xiàn)醫(yī)生、病人、護(hù)士、醫(yī)療機(jī)構(gòu)、衛(wèi)生管理部門(mén)、醫(yī)療與保險(xiǎn)之間的協(xié)同，并促進(jìn)醫(yī)療信息化的升級(jí)發(fā)展。大數(shù)據(jù)能夠極大地改善患者的就醫(yī)體驗(yàn)，同時(shí)優(yōu)化醫(yī)療機(jī)構(gòu)的整治效率和準(zhǔn)確度。

（五）無(wú)線能量傳輸

無(wú)線能量傳輸技術(shù)（WPT）通過(guò)無(wú)線的方式實(shí)現(xiàn)電源與用電設(shè)備之間的能量傳輸?，F(xiàn)今無(wú)線能量傳輸技術(shù)主要有電磁感應(yīng)式、電磁共振式、磁耦合諧振式。

當(dāng)前最成熟和普遍的是電磁感應(yīng)方式，利用電磁感應(yīng)原理，類(lèi)似于變壓器，在發(fā)送端和接收端各有一個(gè)線圈，電流通過(guò)線圈時(shí)在線圈中產(chǎn)生磁場(chǎng)，對(duì)附近線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生電流。該方式適合短距離充電，轉(zhuǎn)換效率高。電磁共振方式也稱(chēng)為近場(chǎng)諧振式，由能量發(fā)送裝置和能量接收裝置組成，通過(guò)調(diào)整到相同頻率或在一個(gè)特定頻率上共振，就實(shí)現(xiàn)能量的無(wú)線傳輸以及兩物體間的能量交互。適合遠(yuǎn)距離大功率充電，轉(zhuǎn)換效率適中。磁耦合諧振式繼承了可遠(yuǎn)距離傳輸?shù)拇殴舱袷胶徒嚯x傳輸?shù)碾娮痈袘?yīng)式無(wú)線電能傳輸技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又克服了其不足。該方式傳輸距離適中，在保證高效率的同時(shí)，還是一種非輻射性磁耦合，對(duì)人體影響很小。

（六）人工智能

人工智能是一門(mén)研究模擬、擴(kuò)展和延伸人類(lèi)智能的技術(shù)科學(xué)，致力于了解智能的本質(zhì)，并試圖制造出一種新型智能機(jī)器，可以人類(lèi)智能相似的方式做出反應(yīng)。

移動(dòng)互聯(lián)時(shí)代下，在通信網(wǎng)絡(luò)安全管理應(yīng)用、交通通信系統(tǒng)應(yīng)用、通信視頻業(yè)務(wù)應(yīng)用等各個(gè)方面，人工智能均有著廣泛的應(yīng)用。在交通通信系統(tǒng)中，基于人工智能的決策、路徑規(guī)劃、交通網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、交通管理和其他移動(dòng)優(yōu)化工具的繼承使得高效交通管理具備可能性。人們熟知的自動(dòng)駕駛就是人工智能在交通領(lǐng)域最徹底的應(yīng)用。在視頻業(yè)務(wù)服務(wù)方面，人工智能已應(yīng)用于創(chuàng)意創(chuàng)作全流程，加速創(chuàng)意需求、創(chuàng)意靈感和策劃等環(huán)節(jié)的賦能。目前的人工智能還處于工具階段，能夠滲透視頻應(yīng)用的預(yù)處理和后處理、超分辨率、機(jī)器視覺(jué)等等方面，人們?cè)谶@些過(guò)程中使用人工智能工具來(lái)提升開(kāi)發(fā)效率或者處理效果。此外，人工智能在中國(guó)的安防視頻監(jiān)控項(xiàng)目中已經(jīng)大量落地，整合了人工智能技術(shù)的智能攝像機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控情況，并在問(wèn)題發(fā)生之前識(shí)別出問(wèn)題發(fā)生的可能性。

三、無(wú)線通信系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)

（一）更高的信息傳輸速率需求

無(wú)線通信技術(shù)正在不斷地改進(jìn)以及優(yōu)化，人們對(duì)于通信速率、質(zhì)量、準(zhǔn)確性的要求也呈現(xiàn)出與日俱增的趨勢(shì)。在全球5G通信競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)中，爆發(fā)式增長(zhǎng)的多媒體業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)致使無(wú)線通信系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量和傳輸速率有了更高更嚴(yán)的標(biāo)準(zhǔn)。消費(fèi)者對(duì)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)使用習(xí)慣正在隨著無(wú)線通信技術(shù)的快速發(fā)展與移動(dòng)應(yīng)用的普及而改變，隨時(shí)隨地的網(wǎng)絡(luò)接入，正成為用戶(hù)對(duì)未來(lái)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)最大的期待。

隨著無(wú)線應(yīng)用的涌現(xiàn)和熱點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的快速建立，無(wú)線通信已經(jīng)變得無(wú)處不在，用戶(hù)也將從中感受到無(wú)線所帶來(lái)的高速移動(dòng)體驗(yàn)。無(wú)線設(shè)備正在從深度與廣度雙方面同步發(fā)展，它不僅僅是人們?nèi)粘Ｍㄐ诺氖侄危瑫r(shí)也將成為企業(yè)與運(yùn)營(yíng)商新應(yīng)用服務(wù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。

（二）惡劣的輸出環(huán)境情況下的無(wú)限通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

無(wú)線通信技術(shù)的蓬勃發(fā)展為運(yùn)動(dòng)物體和外界之間的信息交互提供了現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)。但在空間介質(zhì)中沿直線傳播的無(wú)線信號(hào)，在遇到不同物體后，信號(hào)強(qiáng)度會(huì)有不同程度削弱。除各種噪聲的干擾之外，無(wú)線信號(hào)還受到其他方式的能量損耗，例如散射損耗、折射損耗、反射損耗。因此，在某些特殊地區(qū)，無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度以及可靠性會(huì)變得極低，比如在四周環(huán)山的山谷中或是地處高山地區(qū)的村莊里，信號(hào)傳輸速率很低，并且會(huì)出現(xiàn)信號(hào)時(shí)有時(shí)無(wú)的現(xiàn)象。在惡劣的輸出環(huán)境下，如何保證運(yùn)通信設(shè)備與外界的數(shù)據(jù)交互并且得到實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，成了通信行業(yè)內(nèi)研究人員不得不解決的問(wèn)題。

（三）有限的頻譜資源利用效率的提高

無(wú)線通信技術(shù)頻譜資源并非取之不盡用之不竭的，它是有限的，同時(shí)也是國(guó)家重要的戰(zhàn)略性資源，而人類(lèi)對(duì)無(wú)線電頻譜資源的需求急劇膨脹，導(dǎo)致頻譜需求和供應(yīng)間矛盾日益突出。就實(shí)際情況而言，在一些特定的頻段、地區(qū)和時(shí)間，頻譜資源嚴(yán)重不足的同時(shí)，另一些特定的頻段、地區(qū)和時(shí)間，頻譜可能存在大量富余。

現(xiàn)有無(wú)線電頻譜可利用的頻段基本完全已分配給不同領(lǐng)域應(yīng)用，但是不斷拓展的新應(yīng)用也需要更多的頻譜資源，這就導(dǎo)致有些頻段接入過(guò)多的現(xiàn)象。無(wú)線電技術(shù)與應(yīng)用的競(jìng)爭(zhēng)愈加激烈，我們要對(duì)頻譜進(jìn)行合理的管理和分配，發(fā)掘能夠改善頻譜利用效率的新技術(shù)以解決無(wú)線電頻譜問(wèn)題。

（四）低發(fā)射功率——綠色通信

綠色通信，指主張節(jié)能減排、致力于減少環(huán)境污染、資源過(guò)度浪費(fèi)以及對(duì)人體和環(huán)境危害的新一代通信理念，主要采用多載波、分布式、創(chuàng)新的高功效、智能溫控等技術(shù)，配合靈活的站點(diǎn)模擬場(chǎng)景，對(duì)基站進(jìn)行積極改造，以達(dá)到降低能耗的目的，實(shí)現(xiàn)人與自然和諧相處終極目標(biāo)，繼續(xù)走可持續(xù)發(fā)展的道路。

隨著世界經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，能源日益匱乏，污染愈發(fā)嚴(yán)重。能源的過(guò)度消耗造成了溫室效應(yīng)和一系列的衍生自然災(zāi)害，保護(hù)環(huán)境、防治氣候變化成了人類(lèi)不可避免的重要挑戰(zhàn)。貫徹綠色通信的理念，需要企業(yè)管理產(chǎn)品全流程節(jié)能減排，推廣環(huán)保材料與清潔能源、評(píng)估產(chǎn)品全生命周期碳排放，不斷創(chuàng)新低碳節(jié)能技術(shù)，最大限度地重復(fù)利用資源，形成端到端的綠色信息通信方案。綠色節(jié)能是行業(yè)發(fā)展的新的使命，也早已成為行業(yè)發(fā)展的新的使命

四、結(jié)束語(yǔ)

在通信領(lǐng)域，無(wú)線通信技術(shù)是社會(huì)信息化、智能化發(fā)展的必然產(chǎn)物。在新時(shí)代，人們的生活工作的方方面面無(wú)一不被該技術(shù)影響著。需求推進(jìn)著創(chuàng)新，在拓展新領(lǐng)域的創(chuàng)新道路上，開(kāi)拓并創(chuàng)造新型科技應(yīng)用需要我們?nèi)スタ藬?shù)不勝數(shù)的關(guān)鍵技術(shù)難題。在未來(lái)社會(huì)發(fā)展過(guò)程當(dāng)中，無(wú)線通信技術(shù)必定會(huì)進(jìn)一步得到高質(zhì)量發(fā)展。

作者單位：劉熹威? ? 山東大學(xué)

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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