5G關(guān)鍵技術(shù)資料

1、5G關(guān)鍵技術(shù)簡(jiǎn)述姓名：李藝超學(xué)號(hào) 2016210138i目錄目錄2一、研究的背景及意義 3二、5G的演進(jìn)路線及發(fā)展現(xiàn)狀 4三、5G網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)及創(chuàng)新點(diǎn) 5四、5G的七大關(guān)鍵技術(shù) 51、非正交多址接入技術(shù)( Non-Orthogonal Multiple Access ， NOMA) 61.1串行干擾刪除(SIC)61.2功率復(fù)用72、濾波組多載波技術(shù)(FBMC)83、毫米波( Millimeter Waves ， mm Waves)93.1毫米波小基站：增強(qiáng)高速環(huán)境下移動(dòng)通信的使用體驗(yàn) 103.2基于毫米波的移動(dòng)通信回程 104、大規(guī)模 MIMO 技術(shù)(3D /Massive MIMO) 115

2、、認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)( Cognitive radio spectrum sensing techniques) 136、超密度異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)( ultra-dense Hetnets) 147、多技術(shù)載波聚合( multi-tech no logy carrier aggregati on ) 16五、5G未來(lái)前景17六、 參考文獻(xiàn)1816一、研究的背景及意義自2009年5月27日瑞典電信運(yùn)營(yíng)商Telia宣布啟用世界上第一個(gè)4 G ( LTE: Long Term Evolution)試商用網(wǎng)絡(luò)以來(lái)，4G網(wǎng)絡(luò)的部署已 在全球全面開(kāi)花。根據(jù)GSA的最新報(bào)告，截至2014年第2季度，全球 111個(gè)國(guó)家已經(jīng)

3、部署了 300多張LTE網(wǎng)絡(luò)(其中41張為T(mén)D-LTE網(wǎng)絡(luò))， 用戶總數(shù)達(dá)到2.45億，市面上的LTE終端達(dá)1900款。2013年12月4 日，工信部正式向三大電信運(yùn)營(yíng)商發(fā)放 4G牌照，中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通、 中國(guó)電信均獲得TD-LTE牌照。此舉標(biāo)志著中國(guó)這一世界上最大的移動(dòng) 通信市場(chǎng)正式進(jìn)入4G時(shí)代。在短短一年間，中國(guó)移動(dòng)的 4G基站數(shù)達(dá) 到了 70萬(wàn)個(gè)，4G用戶即將達(dá)到7000萬(wàn)。從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，4G網(wǎng)絡(luò)的 發(fā)展速度遠(yuǎn)超當(dāng)年的3G網(wǎng)絡(luò)，是移動(dòng)通信史上發(fā)展速度最快的技術(shù)體 制，中國(guó)的加入將進(jìn)一步刷新這一發(fā)展速度。有兩個(gè)主要因素決定著面向下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)的技術(shù)研發(fā)工作需 要提上日程。一方面是通

4、信技術(shù)自身持續(xù)發(fā)展的需要：隨著4G標(biāo)準(zhǔn)的全面商用，標(biāo)志著以4G標(biāo)準(zhǔn)為目標(biāo)的技術(shù)研發(fā)告一段落，而技術(shù)的發(fā) 展是不會(huì)止步的，持續(xù)不斷的創(chuàng)新技術(shù)需要在下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)中體 現(xiàn)它的價(jià)值。另一方面是由持續(xù)增長(zhǎng)的用戶需求決定的：智能手機(jī)的高 速發(fā)展引發(fā)了互聯(lián)網(wǎng)從固定桌面快速向移動(dòng)終端轉(zhuǎn)移的革命，并帶來(lái)了無(wú)線數(shù)據(jù)流量的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。過(guò)去 5年中，中國(guó)移動(dòng)的數(shù)據(jù)流量增長(zhǎng)了 80多倍。同時(shí)物聯(lián)網(wǎng)的引入及快速發(fā)展，不僅對(duì)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的容量提 出了要求，更對(duì)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)能夠提供的連接數(shù)有數(shù)量級(jí)的提高要求。 業(yè)界普遍預(yù)測(cè)，到2020年，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的容量需求是目前網(wǎng)絡(luò)的1000倍，連接數(shù)將是10100倍。2012年年

5、初，ITU 啟動(dòng)了名為 “IMT for 2020 and beyond”的項(xiàng)目， 目標(biāo)瞄準(zhǔn)下一代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，并初步給出了時(shí)間規(guī)劃。第一步會(huì)在兩 到三年的時(shí)間內(nèi)完成兩份面向未來(lái)通信系統(tǒng)的建議稿，分別是ITU-RMJIMT.VISION及 ITU-R M.IMT Future Technology Trend?；诖?， 目前業(yè)界對(duì)下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)統(tǒng)一稱(chēng)為IMT-2020。世界各個(gè)國(guó)家和地區(qū)積極響應(yīng)ITU的規(guī)劃，制定了相應(yīng)的科研規(guī)劃及經(jīng)費(fèi)資助計(jì)劃，組織企業(yè)、科研院校等進(jìn)行科研攻關(guān)。部分早期的研究成果通過(guò)5G白皮書(shū)的形式發(fā)表，包括需求分析、應(yīng)用場(chǎng)景研究及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)判斷等。二、5G的演進(jìn)路線及發(fā)

6、展現(xiàn)狀目前，4G已經(jīng)進(jìn)入規(guī)模商用階段，5G是繼4G后新一代的移動(dòng)通 信技術(shù)，從移動(dòng)通信發(fā)展現(xiàn)狀以及技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)與產(chǎn)業(yè)的演進(jìn)趨勢(shì)來(lái)看， 未來(lái)5G移動(dòng)通信技術(shù)的演進(jìn)存在三條重要的演進(jìn)路線，分別為以 LTE/LTE-Advaneed為代表的蜂窩演進(jìn)路線； WLAN演進(jìn)路線和革命性 演進(jìn)路線。首先，LTE/LTE-Advaneed已經(jīng)是事實(shí)上的全球統(tǒng)一的 4G標(biāo) 準(zhǔn)，并將會(huì)在5G階段繼續(xù)演進(jìn)。在產(chǎn)業(yè)化方面，LTE在全球范圍內(nèi)的 商用化進(jìn)程不斷加快。標(biāo)準(zhǔn)化方面，3GPP R12版本的標(biāo)準(zhǔn)化工作正在 對(duì)小小區(qū)增強(qiáng)技術(shù)、新型多天線技術(shù)、終端直通技術(shù)、機(jī)器間通信等新 技術(shù)開(kāi)展研究和標(biāo)準(zhǔn)化工作。隨著更多的先進(jìn)技術(shù)

7、融入到 LTE/LTE-Advaneed技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，給蜂窩移動(dòng)通信帶來(lái)了強(qiáng)大的生命力 和發(fā)展?jié)摿ΑＦ浯?，無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN ）是當(dāng)今全球應(yīng)用最為普及的寬帶無(wú) 線接入技術(shù)之一，擁有良好的產(chǎn)業(yè)和用戶基礎(chǔ)，巨大的市場(chǎng)需求推動(dòng)了 WLAN技術(shù)的發(fā)展，大量的非授權(quán)頻段也給 WLAN技術(shù)提供了巨大的 發(fā)展空間。目前，IEEE已經(jīng)啟動(dòng)了下一代 WLAN標(biāo)準(zhǔn)“High-efficiency WLAN ”的研究，將進(jìn)一步提升運(yùn)營(yíng)商業(yè)務(wù)能力，推動(dòng)WLAN技術(shù)與蜂窩網(wǎng)絡(luò)的融合。此外，我們還應(yīng)當(dāng)特別關(guān)注可能出現(xiàn)的革命性 5G技術(shù)。從蜂窩移 動(dòng)通信的演進(jìn)路線來(lái)看，每一代演進(jìn)都有革命性技術(shù)出現(xiàn)，從2G的GSM 到3G的

8、CDMA，再到4G的OFDM，那么，5G是否會(huì)出現(xiàn)新一代的革 命性技術(shù)，而這種革命性技術(shù)是否需要與LTE演進(jìn)采用不同的技術(shù)路線，進(jìn)而產(chǎn)生新一代的空中接口技術(shù)，將成為我們重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。從目前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，4G是現(xiàn)階段使用最多的技術(shù)，但 是整個(gè)業(yè)界已經(jīng)開(kāi)始了對(duì) 5G的研討和研發(fā)，5G簡(jiǎn)單的來(lái)說(shuō)是形成人 與物和物與物之間的高速連接，實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，終端，無(wú)線和業(yè)務(wù)的進(jìn) 一步融合。5G可以說(shuō)是人在感知方面的獲取和控制能力更強(qiáng)，5G的服 務(wù)對(duì)象是將公眾用戶向行業(yè)用戶拓展，網(wǎng)絡(luò)也將更智能和更加的廣泛。 從目前的研究現(xiàn)狀來(lái)看，歐盟于2012年啟動(dòng)METIS項(xiàng)目，正式開(kāi)始研 究5G技術(shù)，現(xiàn)階段METI

9、S共有8個(gè)工作組進(jìn)行相應(yīng)橫向課題研究， 目標(biāo)是為建立5G移動(dòng)和無(wú)線通信系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)，為未移動(dòng)通信和無(wú)線 技術(shù)達(dá)成共識(shí)，目前已經(jīng)在5G的概念和關(guān)鍵技術(shù)上獲得了較為統(tǒng)一的 認(rèn)識(shí)。韓國(guó)從2013年開(kāi)始研發(fā)5G技術(shù)，成立了 5G Forum，積極推動(dòng) 6GHz以上頻段為未來(lái)IMT頻段，韓國(guó)計(jì)劃以2020年實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的商 用為目標(biāo)，全面研發(fā)5G移動(dòng)通信核心技術(shù)。日本于2013年成立了 ARIB 研究所，開(kāi)始正式對(duì)5G進(jìn)行研究，計(jì)劃在2020年?yáng)|京奧運(yùn)會(huì)上推出 5G服務(wù)，日本研究者認(rèn)為5G代表著接入網(wǎng)容量增加1000倍，通過(guò)使 用大量高頻頻譜，再加上大規(guī)模MIMO技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)容量的增加，可以說(shuō) 未來(lái)5G將會(huì)

10、是人們通信生活的核心。三、5G網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)及創(chuàng)新點(diǎn)第一，全新應(yīng)用。5G網(wǎng)絡(luò)的普及將使得包括虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) 這些技術(shù)成為主流。其中，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)可以將包括出行方向、產(chǎn)品價(jià)格或者對(duì)方名字等信息投 射在用戶視野中，比如可以投射在汽車(chē)的前擋風(fēng)玻璃上。虛擬現(xiàn)實(shí)則可 以在用戶視野內(nèi)創(chuàng)造出一個(gè)完全虛擬的場(chǎng)景，而無(wú)論是虛擬現(xiàn)實(shí)還是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，都對(duì)數(shù)據(jù)獲取速度有著極高的要求。第二，即時(shí)滿足。4G網(wǎng)絡(luò)下的最快下載速度大約是每秒 150MB， 但5G網(wǎng)絡(luò)的最快下載速度則達(dá)到了每秒 10GB。換句話說(shuō)，我們僅需4 秒鐘就可以下載完銀河護(hù)衛(wèi)隊(duì)，而 4G網(wǎng)絡(luò)下則需要6分鐘。第三，瞬時(shí)響應(yīng)。除了可以在單位時(shí)間內(nèi)傳輸更多數(shù)據(jù)以外

11、，5G 還可以大幅縮短數(shù)據(jù)開(kāi)始傳輸前的等待時(shí)間。我們?cè)?G網(wǎng)絡(luò)觀看視頻前等待數(shù)秒并不是什么太大的問(wèn)題，但如 果在自動(dòng)駕駛汽車(chē)行駛時(shí)碰到數(shù)據(jù)延遲就完全不能接受了。具體來(lái)說(shuō)， 就目前4G網(wǎng)絡(luò)而言，該網(wǎng)絡(luò)通常需要15-25毫秒的時(shí)間將數(shù)據(jù)傳輸給 可能發(fā)生碰撞的車(chē)輛，然后車(chē)輛才會(huì)開(kāi)始緊急制動(dòng)。但在未來(lái)的5G網(wǎng)絡(luò)下，這一數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)間將僅為1毫秒。四、5G的七大關(guān)鍵技術(shù)為什么需要5G?不是因?yàn)橥ㄐ殴こ處焸兺蝗幌敫淖兪澜?，而炮制?一個(gè)5G。是因?yàn)橄扔辛诵枨?，才有?5G。什么需求？未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)將會(huì)面對(duì)：1000倍的數(shù)據(jù)容量增長(zhǎng)，10到100倍的無(wú)線 設(shè)備連接，10到100倍的用戶速率需求，10倍長(zhǎng)的電池續(xù)

12、航時(shí)間需求 等等。坦白的講，4G網(wǎng)絡(luò)無(wú)法滿足這些需求，所以5G就必須登場(chǎng)。但是，5G不是一次革命。5G是4G的延續(xù)，相信5G在核心網(wǎng)部分 不會(huì)有太大的變動(dòng)，5G的關(guān)鍵技術(shù)集中在無(wú)線部分。雖然5G最終將采 用何種技術(shù)，目前還沒(méi)有定論。本文收集了 7大關(guān)鍵技術(shù)，分別對(duì)這些 技術(shù)作簡(jiǎn)要介紹。1、非正交多址接入技術(shù) （Non-Orthogonal Multiple Access，NOMA）NOMA不同于傳統(tǒng)的正交傳輸，在發(fā)送端采用非正交發(fā)送，主動(dòng)引 入干擾信息，在接收端通過(guò)串行干擾刪除技術(shù)實(shí)現(xiàn)正確解調(diào)。與正交傳 輸相比，接收機(jī)復(fù)雜度有所提升，但可以獲得更高的頻譜效率。非正交 傳輸?shù)幕舅枷胧抢脧?fù)雜的

13、接收機(jī)設(shè)計(jì)來(lái)?yè)Q取更高的頻譜效率，隨著芯片處理能力的增強(qiáng)，將使非正交傳輸技術(shù)在實(shí)際系統(tǒng)中的應(yīng)用成為可 能。NOMA的思想是，重拾3G時(shí)代的非正交多用戶復(fù)用原理，并將之 融合于現(xiàn)在的4G OFDM技術(shù)之中。從2G， 3G到4G,多用戶復(fù)用技術(shù)無(wú)非就是在時(shí)域、頻域、碼域上 做文章，而NOMA在OFDM的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)維度一一功率域。新 增這個(gè)功率域的目的是，利用每個(gè)用戶不同的路徑損耗來(lái)實(shí)現(xiàn)多用戶復(fù) 用。如表1所示：363.9AGFRAUser multiplexingN on-orthogonal (COM A)OrthogonalNon-orthogonawithSIC(hlOMA)Signal

14、 waveformSingle carrierOFDM (or DFT-s-OFDM)OFDM (or DFT-s-OFDM)Link adaptationI m 刊 gmFast TPCAMCAMC+Pc)wer allocatin>W lkOr betthoi weeso nnalusersFNon-orthogortaII assisted by power controlSuperp allocaticosition & pomFwer我1 3（；，3.9（；/4（；與寥址方式比鮫在NOMA中的關(guān)鍵技術(shù)：串行干擾刪除、功率復(fù)用1.1串行干擾刪除（SIC）在發(fā)送端，類(lèi)似于C

15、DMA系統(tǒng)，引入干擾信息可以獲得更高 的頻譜效率，但是同樣也會(huì)遇到多址干擾（MAI）的問(wèn)題。關(guān)于消除多址 干擾的問(wèn)題，在研究第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的過(guò)程中已經(jīng)取得很多成果，串行干擾刪除（SIC）也是其中之一。NOMA在接收端采用SIC接收機(jī)來(lái) 實(shí)現(xiàn)多用戶檢測(cè)。串行干擾消除技術(shù)的基本思想是采用逐級(jí)消除干擾策 略，在接收信號(hào)中對(duì)用戶逐個(gè)進(jìn)行判決，進(jìn)行幅度恢復(fù)后，將該用戶信 號(hào)產(chǎn)生的多址干擾從接收信號(hào)中減去，并對(duì)剩下的用戶再次進(jìn)行判決， 如此循環(huán)操作，直至消除所有的多址干擾。如圖1所示：F；*SI V nF1 F t4121也施 i gns;i F咗i grin丨UE1-1 屮1“ 1HitUE2dr.

16、 “l(fā)i iwHighReceived SINH圖1下行鏈路叩串行擾刪除接收機(jī)采用W小2方辜的示意圖1.2功率復(fù)用SIC在接收端消除多址干擾（MAI），需要在接收信號(hào)中對(duì)用戶進(jìn)行 判決來(lái)排出消除干擾的用戶的先后順序， 而判決的依據(jù)就是用戶信號(hào)功 率大小。基站在發(fā)送端會(huì)對(duì)不同的用戶分配不同的信號(hào)功率，來(lái)獲取系 統(tǒng)最大的性能增益，同時(shí)達(dá)到區(qū)分用戶的目的，這就是功率復(fù)用技術(shù)。 發(fā)送端采用功率復(fù)用技術(shù)。不同于其他的多址方案，NOMA首次采用了功率域復(fù)用技術(shù)。功率復(fù)用技術(shù)在其他幾種傳統(tǒng)的多址方案沒(méi)有被充 分利用，其不同于簡(jiǎn)單的功率控制，而是由基站遵循相關(guān)的算法來(lái)進(jìn)行 功率分配。在發(fā)送端中，對(duì)不同的用戶分

17、配不同的發(fā)射功率，從而提高 系統(tǒng)的吞吐率。另一方面，NOMA在功率域疊加多個(gè)用戶，在接收端， SIC接收機(jī)可以根據(jù)不同的功率區(qū)分不同的用戶，也可以通過(guò)諸如 Turbo碼和LDPC碼的信道編碼來(lái)進(jìn)行區(qū)分。這樣， NOMA能夠充分 的利用功率域，而功率域是在4G系統(tǒng)中沒(méi)有充分利用的。與OFDM相 比，NOMA具有更好的性能增益。NOMA可以利用不同的路徑損耗的差異來(lái)對(duì)多路發(fā)射信號(hào)進(jìn)行疊 加，從而提高信號(hào)增益。它能夠讓同一小區(qū)覆蓋范圍的所有移動(dòng)設(shè)備都 能獲得最大的可接入帶寬，可以解決由于大規(guī)模連接帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)挑戰(zhàn)。NOMA的另一優(yōu)點(diǎn)是，無(wú)需知道每個(gè)信道的CSI（信道狀態(tài)信息）， 從而有望在高速移動(dòng)場(chǎng)景

18、下獲得更好的性能，并能組建更好的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)回程鏈路。2、濾波組多載波技術(shù)（FBMC）在OFDM系統(tǒng)中，各個(gè)子載波在時(shí)域相互正交，它們的頻譜相互 重疊，因而具有較高的頻譜利用率。OFDM技術(shù)一般應(yīng)用在無(wú)線系統(tǒng)的 數(shù)據(jù)傳輸中，在 OFDM系統(tǒng)中，由于無(wú)線信道的多徑效應(yīng)，從而使符 號(hào)間產(chǎn)生干擾。為了消除符號(hào)間干擾（ISI），在符號(hào)間插入保護(hù)間隔。插 入保護(hù)間隔的一般方法是符號(hào)間置零，即發(fā)送第一個(gè)符號(hào)后停留一段時(shí)間（不發(fā)送任何信息），接下來(lái)再發(fā)送第二個(gè)符號(hào)。在 OFDM系統(tǒng)中，這 樣雖然減弱或消除了符號(hào)間干擾，由于破壞了子載波間的正交性，從而 導(dǎo)致了子載波之間的干擾（ICI）。因此，這種方法在 OFDM

19、系統(tǒng)中不能 采用。在OFDM系統(tǒng)中，為了既可以消除ISI，又可以消除ICI，通常 保護(hù)間隔是由CP（Cycle Prefix，循環(huán)前綴來(lái)）充當(dāng)。CP是系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)， 不傳輸有效數(shù)據(jù)，從而降低了頻譜效率。而FBMC利用一組不交疊的帶限子載波實(shí)現(xiàn)多載波傳輸，F(xiàn)MC對(duì)于頻偏引起的載波間干擾非常小，不需要 CP （循環(huán)前綴），較大的提 高了頻率效率。IFFTchannelOFDM AIFFTIFFTchannelchannelFBMC圖2 OFDMA和FBMC實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)單框圖O F D M 和 F B M U 對(duì)上匕 FBMC,SfiWWW潦有精環(huán)爾* *圖3 OFDM和FBMC的波形對(duì)比3、毫米波(Mil

20、limeter Waves , mm Waves)什么叫毫米波？頻率 30GHz到300GHz,波長(zhǎng)范圍10到1毫米。由于足夠量的可用帶寬，較高的天線增益，毫米波技術(shù)可以支持超 高速的傳輸率，且波束窄，靈活可控，可以連接大量設(shè)備。以下圖為例： 藍(lán)色手機(jī)處于4G小區(qū)覆蓋邊緣，信號(hào)較差，且有建筑物（房子）阻擋， 此時(shí)，就可以通過(guò)毫米波傳輸，繞過(guò)建筑物阻擋，實(shí)現(xiàn)高速傳輸。同樣，粉色手機(jī)同樣可以使用毫米波實(shí)現(xiàn)與 4G小區(qū)的連接，且不會(huì)產(chǎn)生干擾。當(dāng)然，由于綠色手機(jī)距離4G小區(qū)較近，可以直接和 4G小區(qū)連接。IMw't*L藍(lán)魚(yú)Vl to-wo r粉色圖4毫米波技術(shù)高頻段（毫米波）在5G時(shí)代的多種無(wú)

21、線接入技術(shù)疊加型移動(dòng)通信網(wǎng) 絡(luò)中可以有以下兩種應(yīng)用場(chǎng)景：3.1毫米波小基站：增強(qiáng)高速環(huán)境下移動(dòng)通信的使用體驗(yàn)如圖5所示，在傳統(tǒng)的多種無(wú)線接入技術(shù)疊加型網(wǎng)絡(luò)中，宏基站與 小基站均工作于低頻段，這就帶來(lái)了頻繁切換的問(wèn)題，用戶體驗(yàn)差。為 解決這一關(guān)鍵問(wèn)題，在未來(lái)的疊加型網(wǎng)絡(luò)中，宏基站工作于低頻段并作 為移動(dòng)通信的控制平面、毫米波小基站工作于高頻段并作為移動(dòng)通信的 用戶數(shù)據(jù)平面。圖5將毫米波應(yīng)用于小基站3.2基于毫米波的移動(dòng)通信回程如圖6所示，在采用毫米波信道作為移動(dòng)通信的回程后，疊加型網(wǎng) 絡(luò)的組網(wǎng)就將具有很大的靈活性（筆者注：相對(duì)于有線方式的移動(dòng)通信 回程。因?yàn)樵谖磥?lái)的5G時(shí)代，小/微基站的數(shù)目將非

22、常龐大，而且部署 方式也將非常復(fù)雜），可以隨時(shí)隨地根據(jù)數(shù)據(jù)流量增長(zhǎng)需求部署新的小 基站，并可以在空閑時(shí)段或輕流量時(shí)段靈活、實(shí)時(shí)關(guān)閉某些小基站，從 而可以收到節(jié)能降耗之效。圖6將毫米波應(yīng)用于移動(dòng)通信回程4、大規(guī)模 MIMO 技術(shù)(3D /Massive MIMO )MIMO技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于 WIFI、LTE等。理論上，天線越多， 頻譜效率和傳輸可靠性就越高。具體而言，當(dāng)前LTE基站的多天線只在水平方向排列，只能形成水 平方向的波束，并且當(dāng)天線數(shù)目較多時(shí)，水平排列會(huì)使得天線總尺寸過(guò) 大從而導(dǎo)致安裝困難。而5G的天線設(shè)計(jì)參考了軍用相控陣?yán)走_(dá)的思路， 目標(biāo)是更大地提升系統(tǒng)的空間自由度?；谶@一思想的

23、LSAS技術(shù)，通過(guò)在水平和垂直方向同時(shí)放置天線，增加了垂直方向的波束維度，并提 高了不同用戶間的隔離（如圖7所示）。同時(shí)，有源天線技術(shù)的引入還 將更好地提升天線性能，降低天線耦合造成能耗損失，使LSAS技術(shù)的商用化成為可能。X XXXXX5 ）傳純M1MO夭線陣列神痢X X X XX X X X * X X X X（中雖于"卄“2 刑1劃門(mén)旳氏線陣列彳非布圖7 5G天線與4G天線對(duì)比由于LSAS可以動(dòng)態(tài)地調(diào)整水平和垂直方向的波束，因此可以形成 針對(duì)用戶的特定波束，并利用不同的波束方向區(qū)分用戶（如圖8所示）。 基于LSAS的3D波束成形可以提供更細(xì)的空域粒度，提高單用戶MIMO和多用戶

24、MIMO的性能。圖8基于3D波束成形技術(shù)的用戶區(qū)分同時(shí)，LSAS技術(shù)的使用為提升系統(tǒng)容量帶來(lái)了新的思路。例如， 可以通過(guò)半靜態(tài)地調(diào)整垂直方向波束， 在垂直方向上通過(guò)垂直小區(qū)分裂 (cell split )區(qū)分不同的小區(qū)，實(shí)現(xiàn)更大的資源復(fù)用(如圖 9所示)圖9基于LSAS的小區(qū)分裂技術(shù)大規(guī)模MIMO技術(shù)可以由一些并不昂貴的低功耗的天線組件來(lái)實(shí) 現(xiàn)，為實(shí)現(xiàn)在高頻段上進(jìn)行移動(dòng)通信提供了廣闊的前景，它可以成倍提 升無(wú)線頻譜效率，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋和系統(tǒng)容量，幫助運(yùn)營(yíng)商最大限度利用 已有站址和頻譜資源。我們以一個(gè)20平方厘米的天線物理平面為例，如果這些天線以半 波長(zhǎng)的間距排列在一個(gè)個(gè)方格中，貝心如果工作頻段為

25、3.5GHz，就可部署16副天線；如工作頻段為10GHz，就可部署169根天線了。20cm*20cm 天線物理平面Antenna element spaaing (tf)3.5 GHz (A = 8.6 cm)10 GHz (A = 3 cm)20 GHn (丸=1.5 cm)0.5 Z161696760.7 A9I:361圖10 20*20cm天線物理平面部署3D-MIM0技術(shù)在原有的MIMO基礎(chǔ)上增加了垂直維度，使得波束在空間上三維賦型，可避免了相互之間的干擾。配合大規(guī)模MIMO，可實(shí)現(xiàn)多方向波束賦型。圖11波束在空間上三維賦型5、認(rèn)知無(wú)線電技術(shù) (Cognitive radio spec

26、trum sensing techniques )認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)最大的特點(diǎn)就是能夠動(dòng)態(tài)的選擇無(wú)線信道。在不產(chǎn)生干擾的前提下，手機(jī)通過(guò)不斷感知頻率，選擇并使用可用的無(wú)線頻譜。認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)Alternatfve available resources Otd broken link圖12認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)6、超密度異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)ultra-de nse Het nets)立體分層網(wǎng)絡(luò)（HetNet）是指，在宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)層中布放大量微蜂窩（Microcell）、微微蜂窩（Picocell）、毫微微蜂窩（Femtocell）等接入 點(diǎn)，來(lái)滿足數(shù)據(jù)容量增長(zhǎng)要求。為應(yīng)對(duì)未來(lái)持續(xù)增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求，采用更加密集的小區(qū)

27、部署將成為5G提升網(wǎng)絡(luò)總體性能的一種方法。通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)中引入更多的低功 率節(jié)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)熱點(diǎn)增強(qiáng)、消除盲點(diǎn)、改善網(wǎng)絡(luò)覆蓋、提高系統(tǒng)容量的 目的。但是，隨著小區(qū)密度的增加，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湟矔?huì)變得更為復(fù)雜， 會(huì)帶來(lái)更加嚴(yán)重的干擾問(wèn)題。因此，密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的一個(gè)主要難點(diǎn)就是 要進(jìn)行有效的干擾管理，提高網(wǎng)絡(luò)抗干擾性能，特別是提高小區(qū)邊緣用 戶的性能。密集小區(qū)技術(shù)也增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的靈活性，可以針對(duì)用戶的臨時(shí)性需求和季節(jié)性需求快速部署新的小區(qū)。在這一技術(shù)背景下，未來(lái)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將 形成“宏蜂窩+長(zhǎng)期微蜂窩+臨時(shí)微蜂窩”的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（如圖13所示）。 這一結(jié)構(gòu)將大大降低網(wǎng)絡(luò)性能對(duì)于網(wǎng)絡(luò)前期規(guī)劃的依賴，為5G時(shí)代實(shí)現(xiàn)更加靈活

28、自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)提供保障。圖13超密集網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)到了 5G時(shí)代，更多的物-物連接接入網(wǎng)絡(luò)，HetNet的密度將會(huì)大大 增加。與此同時(shí)，小區(qū)密度的增加也會(huì)帶來(lái)網(wǎng)絡(luò)容量和無(wú)線資源利用率的 大幅度提升。仿真表明，當(dāng)宏小區(qū)用戶數(shù)為200時(shí)，僅僅將微蜂窩的滲 透率提高到20%就可能帶來(lái)理論上1 000倍的小區(qū)容量提升（如圖14 所示）。同時(shí)，這一性能的提升會(huì)隨著用戶數(shù)量的增加而更加明顯。考 慮到5G主要的服務(wù)區(qū)域是城市中心等人員密度較大的區(qū)域，因此，這 一技術(shù)將會(huì)給5G的發(fā)展帶來(lái)巨大潛力。當(dāng)然，密集小區(qū)所帶來(lái)的小區(qū) 間干擾也將成為5G面臨的重要技術(shù)難題。目前，在這一領(lǐng)域的研究中， 除了傳統(tǒng)的基于時(shí)域

29、、頻域、功率域的干擾協(xié)調(diào)機(jī)制外，3GPFRel-11提 出了進(jìn)一步增強(qiáng)的小區(qū)干擾協(xié)調(diào)技術(shù)（elCIC）,包括通用參考信號(hào)（CRS 抵消技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)側(cè)的小區(qū)檢測(cè)和干擾消除技術(shù)等。 這些elCIC技術(shù)均在 不同的自由度上，通過(guò)調(diào)度使得相互干擾的信號(hào)互相正交，從而消除干 擾。除此之外，還有一些新技術(shù)的引入也為干擾管理提供了新的手段， 如認(rèn)知技術(shù)、干擾消除和干擾對(duì)齊技術(shù)等。隨著相關(guān)技術(shù)難題的陸續(xù)解 決，在5G中，密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將得到更加廣泛的應(yīng)用。I XOOx160()x14(K)x120(K lOOOx8( KK6()Ox4002()0iIli- 一I1rii111 114| ,|tII1iI1i111

30、11 11 1mIiIi41I11111 11 1it11iV1 11 |i1 |10 1I I I hIII III« I IiI I I i i i i i|i i i I i f i iI i I III IIiIIV*II I iv ii I I I I I » I： ILL屏理呂2(剛的微小區(qū)滲透率"就口 匚丁可以捉升moo 系統(tǒng)能呪£iJFl I | d I 4.-._|I I tI：jWT I r I IIVIVI¥ II|I I I |H I(h0%10%20%30%40%50%圖14超密集組網(wǎng)技術(shù)帶來(lái)的系統(tǒng)容量提升7、多技術(shù)載

31、波聚合(multi-tech no logy carrier aggregati on)我們知道，3GPP R12已經(jīng)提到這一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)是一個(gè) 融合的網(wǎng)絡(luò)，載波聚合技術(shù)不但要實(shí)現(xiàn)LTE內(nèi)載波間的聚合，還要擴(kuò)展 到與3G、WIFI等網(wǎng)絡(luò)的融合。多技術(shù)載波聚合技術(shù)與 HetNet 起，終將實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物之間的無(wú)縫連 接。多技術(shù)載圖15多技術(shù)載波聚合UMTS / HSPA+CoreNetwork五、5G未來(lái)前景5G時(shí)代的技術(shù)特征主要有三點(diǎn)：一是大容量，不僅是大家常說(shuō)的1000 倍容量增長(zhǎng)，還包括用戶接入速率最高可達(dá)lOGbps實(shí)現(xiàn)光纖般的接入 體驗(yàn)，使得用戶感受不到時(shí)延，與網(wǎng)絡(luò)“零距離”；二是大

32、規(guī)模接入數(shù) 量，5G不僅提供H2H的服務(wù)，還包括M2M H2M而未來(lái)的增長(zhǎng)很大程 度上來(lái)自于In ternet of Thi ngs，這不僅帶來(lái)技術(shù)上的變化，還會(huì)給商 業(yè)模式也帶來(lái)巨大的變革；三是5G將是全頻譜接入，到5G,技術(shù)和頻譜 將與頻段解耦，將有一個(gè)統(tǒng)一的空口技術(shù)，統(tǒng)一的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，低頻的宏 蜂窩，中咼頻的微蜂窩，咼頻的本地接入，對(duì)于最終用戶來(lái)說(shuō)，感受不 到是采用什么接入技術(shù)，也感受不到是許可頻段還是免許可頻段。為了支撐無(wú)線業(yè)務(wù)持續(xù)增長(zhǎng)，以及支撐ICT產(chǎn)業(yè)迎接大數(shù)據(jù)的挑戰(zhàn)， 5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將會(huì)在2020-2030年間投入運(yùn)營(yíng)。其中最關(guān)鍵的驅(qū)動(dòng)因素是 未來(lái)十年內(nèi)1000倍的無(wú)線數(shù)據(jù)流量增長(zhǎng)、1000億鏈接的物鏈網(wǎng)無(wú)線聯(lián) 網(wǎng)的新商機(jī)、以及全頻譜無(wú)線接入所帶來(lái)的超高速無(wú)線鏈接。這樣的高19速無(wú)線鏈接能給用戶帶來(lái)光纖般的體驗(yàn)一一 10 G bit每秒一一比當(dāng)今市 面上最快的移動(dòng)終端還