5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)

1、5G 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)1、大規(guī)模天線MIMO4G5GMIMO戶傳輸。更好地抑制用戶間干擾，從而實(shí)現(xiàn)更高的系統(tǒng)容量和頻譜效率。大規(guī)模天線技術(shù)的研究?jī)?nèi)容主要包括：應(yīng)用場(chǎng)景與信道建模傳輸與檢測(cè)技術(shù)大規(guī)模天線的性能增益主要是通過大量天線陣元形成的多用戶信道間的準(zhǔn)碼/波束賦形算法與陣列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、設(shè)備成本、功率效率和系統(tǒng)性能都有直接的Kronecker分級(jí)波束賦型技術(shù)等可以較為有效地降低大規(guī)模天線系統(tǒng)計(jì)算復(fù)雜度。信道狀態(tài)信息測(cè)量與反饋技術(shù)MIMO式反饋和基于信道互易性的反饋機(jī)制之外，諸如分級(jí) CSI 測(cè)量與反饋、基于KroneckerCSI得考慮。覆蓋增強(qiáng)技術(shù)以及高速移動(dòng)解決方案類似內(nèi)外雙環(huán)波束掃描的

2、接入技術(shù)能夠解決窄波束的廣覆蓋問題?？梢杂行Ю么笠?guī)模天線的陣列增益提升數(shù)據(jù)傳輸可靠性和傳輸速率。多用戶調(diào)度與資源管理技術(shù)大規(guī)模天線為無線接入網(wǎng)絡(luò)提供了更精細(xì)的空間粒度以及更多的空間自由術(shù)將獲得可觀的性能增益。大規(guī)模有源陣列天線技術(shù)/高可靠/小型化/低成本/5G圖 1 大規(guī)模天線應(yīng)用場(chǎng)景2、超密集組網(wǎng)2020移動(dòng)數(shù)據(jù)流量需求的主要技術(shù)手段。局部熱點(diǎn)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)百倍量級(jí)的系統(tǒng)容量提升主要包括：合設(shè)計(jì)、干擾管理和抑制、小區(qū)虛擬化技術(shù)是超密集組網(wǎng)的重要研究方向。接入和回傳聯(lián)合設(shè)計(jì)/入鏈路和回傳鏈路的聯(lián)合優(yōu)化以及回傳鏈路的鏈路增強(qiáng)兩個(gè)方面。BC plus MAC（Broadcast Channel plu

3、s Multiple Access Channel，廣播信道特性加上多址接入信道特性MIMO（包括有線和無線資源，靈活地調(diào)整網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜突貍鞑呗詠砥ヅ渚W(wǎng)絡(luò)資源和業(yè)以較低的部署和運(yùn)營(yíng)成本來滿足網(wǎng)絡(luò)的端到端業(yè)務(wù)質(zhì)量要求。干擾管理和抑制策略異頻，可較好地提升邊緣用戶體驗(yàn)。小區(qū)虛擬化技術(shù)服務(wù)質(zhì)量/體驗(yàn)質(zhì)量。虛擬層技復(fù)雜度，是一種易部署、易維護(hù)的輕型解決方案。圖 2 關(guān)鍵技術(shù)示意圖圖 3 虛擬層技術(shù)示意圖圖 4 軟扇區(qū)示意圖3、全頻譜接入6GHz6GHz5G5G6GHz6-100GHz來 5G 對(duì)更高容量和速率的需求，可支持 10Gbps 以上的用戶傳輸速率。測(cè)量與建模、高頻新空口、組網(wǎng)技術(shù)以及器件等內(nèi)容

4、開展深入研究。圖 5 高頻通信關(guān)鍵技術(shù)高頻候選頻段及信道特性研究6-100GHz5G5G5G6GHz15GHz18GHz28GHz38GHz45GHz、60GHz72GHz與天線形態(tài)解耦是高頻信道建模的研究重點(diǎn)。信道傳輸損耗方面，可采用業(yè)界公認(rèn)的 Close-in Reference 和 Floating Intercept下 Close-in Reference 模型更加穩(wěn)健，當(dāng)有足夠的測(cè)量數(shù)據(jù)情況下，采用Floating Intercept高頻空口設(shè)計(jì)MAC傳相結(jié)合的無線傳輸技術(shù)，降低高頻組網(wǎng)的成本。低頻與高頻混合組網(wǎng)D2D、車載雷達(dá)等新型無線應(yīng)用通信場(chǎng)景。高頻器件與中低頻相比，高頻器件更

5、易于系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模天線和設(shè)備小型化。6-100GHz VE1GHzE115Gbps20-40GHz10Gbps術(shù)突破。4、新型多址2020驅(qū)動(dòng)力，5G 不僅需要大幅度提升系統(tǒng)頻譜效率，而且還要具備支持海量設(shè)備連將對(duì)現(xiàn)有的正交多址技術(shù)形成嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。SCMAPDMAMUSA系統(tǒng)頻譜效率，還可成倍增加系統(tǒng)的接入容量。此外，通過免調(diào)度傳輸，也可有效簡(jiǎn)化信令流程，并降低空口傳輸時(shí)延。SCMA（(Sparse Code Multiple Access）稀疏碼多址接入SCMA 是一種基于碼域疊加的新型多址技術(shù)，它將低密度碼和調(diào)制技術(shù)相結(jié)配的碼本進(jìn)行信息傳輸。在接收端，通過 MPA（Message Pa

6、ssing Algorithm） 算法進(jìn)行解碼。由于采用非正交稀疏編碼疊加技術(shù)，在同樣資源條件下， SCMA包、低功耗、低成本的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)應(yīng)用。圖 6 SCMA 工作原理PDMA（Pattern Division Multiple Access）非正交多址接入PDMA 以多用戶信息理論為基礎(chǔ)，在發(fā)送端利用圖樣分割技術(shù)對(duì)用戶信號(hào)進(jìn)行（SIC加大不同用戶間的區(qū)分度，從而有利于改善接收端串行干擾刪除的檢測(cè)性能。圖 7 PDMA 工作原理MUSA（Multi-User Shared Access）多用戶共享接入MUSA 是一種基于碼域疊加的多址接入方案，對(duì)于上行鏈路，將不同用戶的SICMUSA8）圖

7、8 MUSA 工作原理通過仿真分析，相對(duì)于LTE3時(shí)，通過免調(diào)度傳輸方式，可以簡(jiǎn)化信令流程，大幅度降低數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延。5、新型多載波4G5GOFDM5GOFDM 將面臨挑戰(zhàn)，新型多載波技術(shù)可5GOFDM 可以有效地對(duì)抗信道的多徑衰落，支持靈活的頻率選擇性調(diào)度，這些特性使它能夠高效支持移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)。但是，OFDM 也存在一些缺點(diǎn)，例如：較高的帶外泄露、對(duì)時(shí)頻同步偏差比較敏感以及要求全頻帶統(tǒng)一的波形參數(shù)等。5G4G 的業(yè)務(wù)類型更加豐富，尤其是大量的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，例如：低成本大V2V5GOFDM5G5G 的FBMCOFDMF-OFDM 和 UFMC 都使用了子帶濾波器，其中，F(xiàn)-OFDM OFDMOFD

8、MUFMCOFDMCPFBMCFBMCCP，因此，系統(tǒng)開銷也得以減小。通過這幾種新型多載波技術(shù)，5G 的一些關(guān)鍵需求可以得到滿足，包括：通過新型多載波支撐靈活可配的新空口。F-OFDMUFMCTTICP性和可擴(kuò)展性。圖 9 基于 F-OFDM 的靈活自適應(yīng)幀結(jié)構(gòu)V2V載波進(jìn)行支持。例如，F(xiàn)BMC 技術(shù)可以根據(jù)實(shí)時(shí)的信道狀態(tài)對(duì)原型濾波器進(jìn)行優(yōu)化，從而更好地匹配信道雙色散特征，獲得更好的性能。圖 10 OFDMFBMC(aUFMCF-OFDM持異步信號(hào)傳輸，減小同步信令開銷。圖 11 UFMC 的帶外泄露示意圖5G最佳性能發(fā)揮基礎(chǔ)性的作用。6、先進(jìn)調(diào)制編碼5G 包括多種應(yīng)用場(chǎng)景，性能指標(biāo)要求差異很

9、大。例如，熱點(diǎn)高容量場(chǎng)景對(duì)足系統(tǒng)高容量的需求。（APSK，能夠提高頻譜利用效率。聯(lián)合調(diào)制編碼Rateless）和碼率兼容的，以及一些工程實(shí)現(xiàn)類的編碼（14圖 12 新型調(diào)制編碼的技術(shù)分類鏈路級(jí)調(diào)制編碼LDPC碼被認(rèn)為是比較有應(yīng)用前途的多元碼。除QAM網(wǎng)絡(luò)編碼空口標(biāo)準(zhǔn)的影響程度就有所不同。鏈路自適應(yīng)Spinal 碼（其中的一類 Rateless 碼）的接收器實(shí)現(xiàn)。在碼率兼容類型碼方面，LDPC 的進(jìn)一步優(yōu)化可以實(shí)現(xiàn)更靈ACK/NACK道相匹配。1316LDPCAWGNBER=1%的工作點(diǎn)，多元碼的增益在 0.5dB 左右。圖 13 16 元碼與二元 LDPC 碼的鏈路性能比較14APSKQAMB

10、ER=0.01%的工作點(diǎn)，進(jìn)APSK(NE-APSK)QAM0.50.9dB，增益愈明顯。圖 14 APSKQAM15CDF圖 15 網(wǎng)絡(luò)編碼和路由選擇對(duì)系統(tǒng)吞吐量的增益LDPC超密集組網(wǎng)中將起到重要作用。7、終端直通技術(shù)的蜂窩通信（2G、3G、4G）之外，還可以借助于 Wi-Fi、bluetooth、LTE-D2D 等技術(shù)實(shí)現(xiàn)終端設(shè)備間的直接通信。D2DTransportation（車車、車路）通信、多用戶協(xié)作通信、數(shù)據(jù)共享網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)終端的低成本 D2D 等等。VDC（VehicleDirectCommunication，車直接通信（V2VV2I的頻繁交互的短程通信?？衫脧V域蜂窩網(wǎng)

11、提供車-網(wǎng)通信的遠(yuǎn)程通信服務(wù)；通D2DVDCV2X的車聯(lián)網(wǎng)通信解決方案,VDCD2DV2X戶通信可靠性，帶來更好的用戶體驗(yàn)。/轉(zhuǎn)發(fā)，減輕網(wǎng)絡(luò)側(cè)負(fù)載，提升系統(tǒng)整體吞吐量。D2D：D2D關(guān)鍵問題及解決思路：VDC 場(chǎng)景中，車車、車路、車人要頻繁進(jìn)行短距離廣播通信，不斷交V2X時(shí)延和可靠性均有較高的要求，通常而言，安全消息的傳播時(shí)延需要控制在100msV2X調(diào)度交互過程，減少終端與網(wǎng)絡(luò)的交互復(fù)雜性。多用戶協(xié)作通信場(chǎng)景中，終端在網(wǎng)絡(luò)的控制下，進(jìn)行配對(duì)、建立協(xié)作量最佳的終端，該終端再根據(jù)數(shù)據(jù)歸屬，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給目的終端。數(shù)據(jù)共享網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景中，在功率受限的前提下，終端間通信的傳輸距離拓?fù)湫畔⑦M(jìn)行路徑選擇，以保

12、證業(yè)務(wù)連續(xù)性。D2DD2D應(yīng)用的普及推廣。圖 16 時(shí)域及頻域的靈活資源分配8、靈活雙工應(yīng)用于低功率節(jié)點(diǎn)的小基站，也可以應(yīng)用于低功率的中繼節(jié)點(diǎn)。FDD18TDDFDD靈活雙工的主要技術(shù)難點(diǎn)在于不同通信設(shè)備上下行信號(hào)間的相互干擾問題。LTELTE5G5G從而將上下行信號(hào)統(tǒng)一，那么上下行信號(hào)間干擾自然被轉(zhuǎn)換為同向信號(hào)間干擾， 再應(yīng)用現(xiàn)有的干擾刪除或干擾協(xié)調(diào)等手段處理干擾信號(hào)。映射、參考信號(hào)正交性等方面的問題。更適合采用靈活雙工。圖192042IC而導(dǎo)致無法刪除異向干擾信號(hào)的情況，IC-1、IC-2 分別表示刪除異向干擾信號(hào)的數(shù)目為 1、2。可以看出通過干擾刪除輔助可有效消除異向信號(hào)帶來的干擾， 2

13、小區(qū)簇的干擾，這有助于降低接收機(jī)的復(fù)雜度及計(jì)算量。圖 17 小區(qū)上行吞吐量圖 18 小區(qū)下行吞吐量發(fā)展，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)是十分必要的。TDD&FDD5G，4G統(tǒng)，具有很好的前向兼容性。9、全雙工FDDTDD工可提升一倍的頻譜效率。全雙工的主要研究?jī)?nèi)容分為兩個(gè)方面：全雙工系統(tǒng)的自干擾抑制技術(shù)從設(shè)備層面來看，全雙工的核心問題是本地設(shè)備自己發(fā)射的同時(shí)同頻信號(hào)（即自干擾路線，20MHz115dB線性和非線性自干擾進(jìn)一步進(jìn)行重建消除。圖 19 全雙工工作原理全雙工系統(tǒng)的組網(wǎng)技術(shù)與之匹配高效的網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)。LTE構(gòu)等。以全雙工基站與 FDD 半雙工終端組網(wǎng)為例：1if1f2，分別用于上下行；而用戶2f2，f1

14、)，頻率編號(hào)記為-i，f1f299P圖 20 性能仿真結(jié)果FDD/TDDTDD10、頻譜共享5GIMTIMT5G入網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)間切換的自適應(yīng)功能，可實(shí)現(xiàn)高效、動(dòng)態(tài)、靈活的頻譜使用，以提升空口效率、系統(tǒng)覆蓋層次和密度等，從而提高頻譜綜合利用效率。RAT譜共享、免授權(quán)頻段的頻譜共享、次級(jí)接入頻譜共享等。其中：運(yùn)營(yíng)商內(nèi) 5GIMT商現(xiàn)有的基礎(chǔ)載波進(jìn)行聚合使用。IMT點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行小站間的同覆蓋，或者是小站與宏站間的同覆蓋。2.4GHz5GHzWiFi（系統(tǒng)站點(diǎn)經(jīng)由數(shù)據(jù)庫(kù)管理和授權(quán)，或者基于頻譜感知技術(shù)占用頻譜。頻譜共享技術(shù)中需要解決的關(guān)鍵問題及思路主要包括：網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與接口及數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，如頻譜地圖生成與管理、注冊(cè)鑒權(quán)、信道分配、學(xué)習(xí)機(jī)制等。高層技術(shù)移動(dòng)性等流程的影響。物理層技術(shù)研究頻譜共享的物理層技術(shù)，通過頻譜檢測(cè)等方式獲得頻譜使用狀況，設(shè)計(jì)測(cè)量與反饋機(jī)制、信道和參考信號(hào)等，實(shí)現(xiàn)結(jié)果上報(bào)和頻譜資源的配置與使用， 研究基于主動(dòng)干擾認(rèn)知等方式的干擾管理，適應(yīng)頻譜共享帶來的干擾環(huán)境變化。結(jié)合認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，分析可能的多址方式。射頻技術(shù)考結(jié)構(gòu)與參數(shù)。合帶來的安全性技術(shù)問題等。180MHzTR36.8