5g通信關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展研究

5g通信關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展研究摘要移動通信發(fā)展至今，從最開始的模擬語音通信發(fā)展到現(xiàn)在更加先進(jìn)的現(xiàn)代技術(shù)，讓客戶逐步使用到更高質(zhì)量的移動寬帶業(yè)務(wù)。最終用戶數(shù)據(jù)速率達(dá)到每秒兆比特，用戶體驗(yàn)正在改善。此外，隨著新移動設(shè)備的增加,通信業(yè)務(wù)不斷增加,網(wǎng)絡(luò)流量不斷增加,現(xiàn)有的無線技術(shù)已不能滿足未來通信的需要。第五代移動通信業(yè)務(wù)，也就是現(xiàn)在熱談的5G移動網(wǎng)絡(luò)在未來強(qiáng)烈的移動大數(shù)據(jù)發(fā)展趨勢下逐步進(jìn)入我們的視野，也是為了新業(yè)務(wù)的需求。目前，國內(nèi)外對5G的認(rèn)識和需求已經(jīng)明確。如何整合現(xiàn)有技術(shù)和各種潛在的新技術(shù),以實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)成為下一個研究和開發(fā)的重點(diǎn)。5G通信網(wǎng)絡(luò)是全世界企業(yè)、各大高校以及研究院都大力關(guān)注和研究的對象。本文介紹和總結(jié)了國內(nèi)外5G的發(fā)展歷程和研究進(jìn)展,分析了基于虛擬化的5G網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。本文從無線傳輸、無線接入和核心網(wǎng)三個方面介紹了5G的關(guān)鍵技術(shù)和最新發(fā)展。分析了其中這些關(guān)鍵技術(shù)關(guān)于未來的發(fā)展導(dǎo)向以及其有缺點(diǎn)。在本論文的編寫中,掌握了文獻(xiàn)查閱和閱讀的能力，了解到了5G通信技術(shù)的現(xiàn)狀與進(jìn)展，并對今后的發(fā)展方向進(jìn)行了總結(jié)與展望。關(guān)鍵詞：5G；發(fā)展；關(guān)鍵技術(shù)；前言目前為止,我國移動通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)逐步步入5G時代，信息科技技術(shù)在社會不斷前進(jìn)的腳步中飛速發(fā)展，我們享受著網(wǎng)絡(luò)帶給我們的便利，同時也不滿足于此。很快，我們現(xiàn)在所使用的4G網(wǎng)絡(luò)也將被淘汰。網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)步意味著生活更加便捷高效，伴隨著移動4G網(wǎng)絡(luò)而到來的無線寬帶時代無疑給我們的生活帶來了很多便利。那么5G網(wǎng)絡(luò)將會帶給我們什么呢？是一個智能時代。更加智能的5G網(wǎng)絡(luò)其實(shí)也是基于4G移動網(wǎng)絡(luò)的，從用戶著角度來看，最大的使用感受是網(wǎng)絡(luò)速率的提高。它最大的改變是核心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的升級更新，以及新的無線傳輸接入技術(shù)。更快的運(yùn)行速度是用戶的首要體驗(yàn)，最重要的是利用率得到提高，技術(shù)也會更加智能。挖掘新的頻率資源,優(yōu)化整個系統(tǒng)的性能,擴(kuò)大其原有的范圍。本文主要從無線傳輸、無線接入和核心網(wǎng)絡(luò)3個角度介紹了5G的關(guān)鍵技術(shù)和最新發(fā)展。

第1章緒論1.1選題目的及意義全世界都力爭第五代移動通信技術(shù)的研究更加領(lǐng)先，而5G通信技術(shù)也不僅僅是在技術(shù)上的推進(jìn)改良，更多的是讓用戶有更便捷更豐富的操作體驗(yàn)，這也是人們對5G的喜愛將會遠(yuǎn)大于4G的原因，也是5G的研發(fā)進(jìn)展成為全球移動通信鄰域爭相角逐原因。歐盟成立于2012,包括愛立信在內(nèi)的29個成員國,領(lǐng)先的5G研發(fā)機(jī)構(gòu)梅蒂斯最初投資2700萬歐元,此處包含愛立信、法國電信與相關(guān)重要設(shè)施與運(yùn)營商、歐洲研究組織與二十多個內(nèi)部成員。寶馬,德國。該計(jì)劃的第一階段運(yùn)行了30個月,為下一代(5G)移動和無線通信系統(tǒng)的建立奠定了基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)顯示,在2013年韓國三星電子已經(jīng)成功地開發(fā)了5G環(huán)境下數(shù)據(jù)接收和發(fā)送的核心技術(shù)。這是世界上第一例。這種新的通信技術(shù)被稱為“漫游本地”。外語縮寫:NOLA。世界上最大的電信設(shè)備制造商深圳華為加拿大和英國未來5年持續(xù)投資6億美元。這是一個巨大的機(jī)會。而對于5G發(fā)展來說也是一個很大的挑戰(zhàn)。5G通信技術(shù)最終會給網(wǎng)絡(luò)帶來的變化就是將網(wǎng)絡(luò)容量增加到了1000倍以上,對用戶的改變就是將用戶數(shù)據(jù)速率提高到了10-100倍,峰值傳輸速率可達(dá)10GbPs(4G：100MbPS),同時頻譜效率提高5-10倍。提高5-10倍的端到端時延,將網(wǎng)絡(luò)綜合能效提高到了1000倍。.在不久的將來，我們即將使用的5G通信手機(jī)，它的下載速度可達(dá)3.6Gbps每秒。使用這種技術(shù)下載超高清電影文件只需要一秒鐘。間,3D電影和游戲具有較大的容量,也可以實(shí)現(xiàn)第二關(guān)。比LTE(通用術(shù)語“準(zhǔn)4G”)75兆比特快數(shù)百倍目前,5G的研究工作已在全世界范圍內(nèi)開展。2013年10月,中國啟動了國家863計(jì)劃“第五代移動通信系統(tǒng)研發(fā)”項(xiàng)目。我們在2020之前系統(tǒng)地研究了5G移動通信體系結(jié)構(gòu)、無線網(wǎng)絡(luò)、無線傳輸、大規(guī)模天線等關(guān)鍵技術(shù),主要是研究對這些關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)和利用,初步完成其性能質(zhì)量測評。今年的試驗(yàn)和試驗(yàn)投資1億6000萬元。目前,除了國內(nèi)55家通信企業(yè)和學(xué)術(shù)研究機(jī)構(gòu)外,該項(xiàng)目還首次吸收了三星、諾基亞、愛立信等多家國際企業(yè)作為研發(fā)合作伙伴。5G移動網(wǎng)絡(luò)是移動通信領(lǐng)域的新秀，它的研究進(jìn)展是全世界重點(diǎn)關(guān)注的。移動通信的發(fā)展至今也經(jīng)歷了好幾代的更新發(fā)展。從我們熟知的大哥大，也就是第一代模擬蜂窩移動通信,它只能提供簡單的語音服務(wù)。然后到第二代數(shù)字移動通信，再到第三代移動多媒體通信也就是3G網(wǎng)絡(luò)，而移動通信發(fā)展越來越快速，在3G網(wǎng)絡(luò)剛剛普及的時候,第四代移動通信也很快就進(jìn)入我們的生活。隨著數(shù)據(jù)流的不斷增長和智能終端的普及,4G已經(jīng)不能滿足網(wǎng)絡(luò)在容量、速度和頻譜等方面的需求。再這種大需求的壓迫下，第五代移動通信網(wǎng)絡(luò)(5G)也就逐漸誕生了。移動網(wǎng)絡(luò)發(fā)展至此，其目的就是會比4G網(wǎng)絡(luò)有更加高效的頻譜利用率,在用戶體驗(yàn)上其速率一定是比4G網(wǎng)絡(luò)更快的。而且在4G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，網(wǎng)絡(luò)中的缺點(diǎn)也會有所改善。比如我們在4G中會遇到的傳輸延遲情況,覆蓋不全的問題,系統(tǒng)的安全問題，這些都將得到顯著改善。5G移動通信將與4G的無線通信技術(shù)是緊密結(jié)合的,它的不同之處就是智能網(wǎng)絡(luò)將會無處不在,這樣也才可以以滿足發(fā)展需要的移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)在未來10年增長到1000倍甚至有更大的突破。因此,我們需要做的研究是明確5G的業(yè)務(wù)和關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo),并指導(dǎo)5G技術(shù)發(fā)展和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方向。5G技術(shù)及系統(tǒng)的發(fā)展方向設(shè)計(jì)。1.2我國網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀與5G發(fā)展5G是移動通信領(lǐng)域的新秀，它的發(fā)展是全球通信鄰域都在角逐的。2歐盟于2013年初在第七框架項(xiàng)目中啟動了關(guān)于2020年信息社會的移動和無線通信服務(wù)的5G研發(fā)項(xiàng)目,韓國和中國分別建立了5G技術(shù)和IMT-2020(IMT-202)推進(jìn)組和我國863計(jì)劃。在2013年6月和2014年3月,我們啟動了5G重大項(xiàng)目的第一個和兩個研究和開發(fā)項(xiàng)目。目前,全世界的通信領(lǐng)域都在對5G的發(fā)展走向，關(guān)鍵技術(shù)的運(yùn)行及指標(biāo)進(jìn)行研究,并且已經(jīng)在2015年的世界無線電會議上達(dá)成了共識,開始實(shí)行PR標(biāo)準(zhǔn)化。在過去的20年中,我國陸續(xù)推出了關(guān)于3G和4G移動的重大科研項(xiàng)目,促進(jìn)國家中長期發(fā)展規(guī)劃"的一個新的寬帶無線移動通信網(wǎng)"項(xiàng)目生成的實(shí)施,意味著中國的移動通信技術(shù)水平也將會有一定的提高,中國的移動通信技術(shù)將會與產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生跨越式的發(fā)展。在全球的移動通信市場中，所占份額比較大的就是華為和中興。中國的TD技術(shù)也很榮幸地被選定為國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,移動通信產(chǎn)業(yè)也成在中國國際競爭力中形成一定的規(guī)模。也是我國高科技產(chǎn)業(yè)之一。5G移動通信的發(fā)展是全球移動通信領(lǐng)域新一輪技術(shù)競爭的開始,通過早期的布局和開放的R&D環(huán)境,我國努力在5G未來技術(shù)發(fā)展和業(yè)務(wù)競爭中可以取得更加超前的優(yōu)勢。2013年初,我國因?yàn)檎块T大力支持,開始對5G的主要技術(shù)發(fā)展方向和使能技術(shù)進(jìn)行研究,建立了IMT-2020推進(jìn)小組對5T-Mobile通信進(jìn)行研究,確定5G的發(fā)展了前景、業(yè)務(wù)推動計(jì)劃。并在5G技術(shù)發(fā)展的需求下,建立關(guān)于5G移動通信技術(shù)的框架,與國際各方合作進(jìn)行研究以及生產(chǎn),對國際5G研發(fā)積極投入。在2015后,我國有了扎實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)來參與5G移動通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)?！靶乱淮鷮拵o線移動通信”是推動LTE產(chǎn)業(yè)化的重大工程。國家863也在2013年6月計(jì)劃啟動了有關(guān)5G移動通信系統(tǒng)的重大項(xiàng)目。其總體目標(biāo)是滿足2020移動通信的要求,研究5G網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、無線網(wǎng)絡(luò)、無線傳輸、新天線和射頻等關(guān)鍵技術(shù),以及新頻譜的開發(fā)和利用,并進(jìn)行實(shí)施了無線傳輸技術(shù)，對性能進(jìn)行了評估以及設(shè)計(jì)出了原型系統(tǒng),總業(yè)務(wù)速率達(dá)到了10Gbps?？罩薪涌诘念l譜和功率效率也達(dá)到了一定高度，是4G的10倍,這個項(xiàng)目的主要研究任務(wù)包括了：5G有關(guān)無線網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的研究，5G無線傳輸中的關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)，對STEM總體技術(shù)進(jìn)行研究，對5G移動通信技術(shù)進(jìn)行評估以及測試驗(yàn)證技術(shù)實(shí)施的研究。主要研究超蜂窩無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，高密度和高通量等關(guān)鍵的核心技術(shù),例如超高速率的大規(guī)模協(xié)作天線和新的超高效射頻T無線電傳輸技術(shù)。在針對解決干擾消除問題和基于超小小區(qū)和單位表面的網(wǎng)絡(luò)協(xié)作和問題,具體辦法是提高了25倍的產(chǎn)品系統(tǒng)容量,無線傳輸技術(shù)實(shí)驗(yàn)也因?yàn)槊荑€的實(shí)現(xiàn)得以進(jìn)行。無線傳輸和功率效率之所以提高了一個數(shù)量級,是因?yàn)榛趯Υ笠?guī)模天線的高維信道建模和復(fù)雜度控制以及評估。實(shí)現(xiàn)了高頻段等新頻譜源的無線傳輸和網(wǎng)絡(luò)化的關(guān)鍵技術(shù)。也使得在通信系統(tǒng)中擴(kuò)展了大概4倍的總可用頻譜資源。南京東南大學(xué)以及電信科學(xué)技術(shù)研究分別負(fù)責(zé)了7個主題中的型協(xié)作和高效無線傳輸技術(shù)的研究和開發(fā)。北京郵電大學(xué)、中國華為公司和北京清華大學(xué)則負(fù)責(zé)高密度、高吞吐量以及超蜂窩無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的深入研究和開發(fā)。電信研究所則領(lǐng)導(dǎo)人體技術(shù)的研究,上海無線通信研究中心主要負(fù)責(zé)技術(shù)評估的研究和測試驗(yàn)證技術(shù)的開發(fā)。也需要進(jìn)行5G移動通信863計(jì)劃的推廣，所以本項(xiàng)目組還設(shè)立了5G技術(shù)通用專家組，主要負(fù)責(zé)實(shí)施和協(xié)調(diào)技術(shù)的研發(fā),以及規(guī)劃5G技術(shù)的框架和頂部設(shè)計(jì)。IMT-2020推進(jìn)包括5G技術(shù)頻譜研究組在內(nèi)的對應(yīng)組,業(yè)務(wù)需求研究組,以及為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之前的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建立,還成立了知識產(chǎn)權(quán)工作組和研究小組等等；我國不斷擴(kuò)大在移動通信鄰域的國際影響力探索5G關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建有關(guān)5G的技術(shù)技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展聯(lián)盟，創(chuàng)建有關(guān)5G的新工業(yè)模式以及新途徑，促進(jìn)5G在論壇上的國際交流，建立良好的研究合作關(guān)系。1.3論文內(nèi)容與結(jié)構(gòu)對于論文的研究和撰寫，本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，閱讀了大量的參考資料，做了一定量的研究工作具體闡述如下：由于5G網(wǎng)絡(luò)逐步步入我們的生活，意味著智能時代的到來，而5G網(wǎng)絡(luò)不僅是速率的提升，我們很有必要對它有一定的了解，熟悉了解5G移動網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)并對其進(jìn)行研究，將會使我們對即將到來的5G時代更加清晰，也會更加期待。在此次論文中的編寫中，通過收集大量有關(guān)5G資料，并對其進(jìn)行分析，收歸納總結(jié)、一定研究后，總結(jié)出自己對5G關(guān)鍵技術(shù)的了解，以及對5G移動通信網(wǎng)絡(luò)的展望。根據(jù)內(nèi)容，本論文分為以下章節(jié)：第一章“緒論”：回顧全球移動通信的發(fā)展，結(jié)合我國5G網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀和需求，提出5G移動通信發(fā)展及關(guān)鍵技術(shù)的研究意義。第二章“5G核心網(wǎng)”：介紹了5G核心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的發(fā)展、特征、接口及協(xié)議，重點(diǎn)分析了兩大技術(shù)：C-RAN技術(shù)和D2D通信技術(shù)。第三章“5G無線傳輸技術(shù)”：對大規(guī)模天線、全雙工、5毫米波傳輸三大技術(shù)進(jìn)行分析研究。第四章“5G無線接入技術(shù)”：該章節(jié)介紹了多址接入技術(shù)和TDD技術(shù)的發(fā)展，并對非正交多址接入技術(shù)和動態(tài)TDD技術(shù)進(jìn)行分析。第2章5G核心網(wǎng)2.15G核心網(wǎng)發(fā)展2.1.1EPC核心網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)(2008年,R8)2-1EPC核心網(wǎng)架構(gòu)EPC核心網(wǎng)架構(gòu)：隨著移動通信技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，依據(jù)此架構(gòu)上進(jìn)行開發(fā)的EPC設(shè)備，包括MME、SGW、PGW、PCRF、HSS、CG逐步投入商用，但沒有進(jìn)行同2/3G設(shè)備的融合。3GPP于2005年開始制定3G移動系統(tǒng)演進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，定義了支持無線接入網(wǎng)(LTE)LTE演進(jìn)的分組核心網(wǎng)EPC體系結(jié)構(gòu)，支持高速移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。該體系結(jié)構(gòu)并未包含在電路域內(nèi)。LTE無線網(wǎng)絡(luò)只接入EPC核心網(wǎng)，為LTE終端供應(yīng)外部數(shù)據(jù)網(wǎng)與IMS核心網(wǎng)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接入，提供專業(yè)數(shù)據(jù)與語音服務(wù)[12]。LTEXR8的第一個版本是在2009年8月由3GPP發(fā)布的，目前逐漸提高到R10。伴隨LTE/EPC技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)施的持續(xù)健全，我國大部分運(yùn)營商開始籌劃LTE測試與商用網(wǎng)絡(luò)，然而有關(guān)要求也在持續(xù)健全中，此技術(shù)并未體現(xiàn)出商業(yè)化。EPC核心網(wǎng)使用基于2G/3G核心網(wǎng)的分組域控制與負(fù)載分離的結(jié)構(gòu)。然而在LTE網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建早期,尤其是測試網(wǎng)絡(luò)時期,為了檢驗(yàn)MA。對EPC科技與產(chǎn)品的TUREY，且防止對目前網(wǎng)絡(luò)的負(fù)面作用,并將LTE終端視為初始用戶使用的單一模式。在等待終端時,運(yùn)營商一般單獨(dú)進(jìn)行籌劃。目前商業(yè)網(wǎng)絡(luò)不斷籌劃，lte網(wǎng)絡(luò)規(guī)模延伸與多模式單終端的應(yīng)用。,運(yùn)營商需要考慮的是2G/3G核心網(wǎng)大的運(yùn)營商,保持獨(dú)立的組網(wǎng)模式或與之相結(jié)合。2G/3G核心網(wǎng)分組域。EPC核心網(wǎng)單元主要包含移動管理實(shí)體(EPC)、家庭用戶服務(wù)器(EPC)、業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)(SGW)和用于計(jì)費(fèi)的CG設(shè)備等[10]。sgw和pgw通常設(shè)置為epc-gw。當(dāng)使用獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)模式時,根據(jù)網(wǎng)絡(luò)覆蓋率新建和部署這些網(wǎng)絡(luò)單元。MME、HSS和DNS通常是集中式設(shè)置,EPC-GW集中或分布在具有業(yè)務(wù)需求的本地網(wǎng)絡(luò)中。隨著移動通信技術(shù)和工業(yè)的發(fā)展，LTE/EPC設(shè)備將逐步投入商業(yè)應(yīng)用。在演進(jìn)的核心網(wǎng)分組域應(yīng)重點(diǎn)跟蹤研究的課題為：一是EPC與2G/3G分組域融合組網(wǎng)研究；二是SGSN/MME

Pool組網(wǎng)模式研究。2.1.2NB-IOT核心網(wǎng)架構(gòu)(2016年，R14)2-2NB-IOT核心網(wǎng)架構(gòu)NB-IOT核心網(wǎng)架構(gòu)：網(wǎng)絡(luò)用戶界面的功能可以部署在核心網(wǎng)(中央數(shù)據(jù)中心)或接入網(wǎng)(邊緣數(shù)據(jù)中心)中，最終可以進(jìn)行分布式部署。2015年9月,全球電信行業(yè)達(dá)成了物聯(lián)網(wǎng)低功率廣域覆蓋(LPWA)規(guī)則形成共識。NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)隨之出現(xiàn)。目前Nb-物聯(lián)網(wǎng)馬上結(jié)束測試，開啟商業(yè)化運(yùn)作，行業(yè)內(nèi)專家對其格外重視，相關(guān)研究不斷增多。

NB-IOT特點(diǎn)大致表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：①頻譜窄：200kHz；②終端傳輸窄帶信號，提升信號功率譜密度以及綜合覆蓋增益，提升頻譜使用率；終端發(fā)射窄帶信號提高信號功率譜密度與覆蓋增益，此外進(jìn)一步提高頻譜使用效率；③利用反復(fù)傳輸一樣的數(shù)據(jù)包，也能得到較高的覆蓋增益；④另外，此科技可以降低終端激活率以及簡化基帶。此外還能幫助終端降低激活比，簡化基帶。⑤Nb-IOT的四大功能：覆蓋范圍廣，連接量大，功耗低，芯片成本低.⑥基于相當(dāng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)科技的物聯(lián)網(wǎng)，利用對目前網(wǎng)絡(luò)的改善和發(fā)展，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展，GUL網(wǎng)絡(luò)變成重要形式。其優(yōu)點(diǎn)是：

1、強(qiáng)鏈接：NBIOT能提供比在相同基站中現(xiàn)有無線技術(shù)更多的接入。單個扇區(qū)能支持十萬個連接，以及具備低延遲靈敏度、超低費(fèi)用、低設(shè)施功率與科學(xué)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。例如，它僅限于帶寬。運(yùn)營商只向家中的每一個路由器開放十幾個接入點(diǎn)，在家庭中一般會出現(xiàn)移動電話、電腦與平板。此后，可以確保整個家庭的智能化，需要數(shù)百個傳感器設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為一個棘手的問題。Nb-IoT很容易滿足未來需要在法庭上連接的大量設(shè)備。高覆蓋率：NBIOT具有較強(qiáng)的室內(nèi)覆蓋能力，LTE增益為20dB。覆蓋率增加了100倍。它不只可以滿足當(dāng)前農(nóng)村區(qū)域的現(xiàn)實(shí)需求,此外可以使用在公司、車庫和人孔蓋。例如,監(jiān)控井蓋,以往GPRS的方式需要延長天線。交通很容易被破壞，而NB-物聯(lián)網(wǎng)如果部署得當(dāng)，就能解決這個問題.3、低功耗低功耗是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的一個重要指標(biāo)，特別是對于某些無法正常替代的設(shè)備和場合，例如在偏遠(yuǎn)地區(qū)的高寒荒野中，使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)是一個重要的指標(biāo)。傳感監(jiān)測設(shè)施,其無法像智能手機(jī)那樣每天充電,電池使用時間是最關(guān)鍵的部分。NBIOT主要從事小數(shù)據(jù)與低速率的使用，所以NBIOT設(shè)施的損耗并不高，并且它的耐用性比過去幾個月要長得多。增加到幾年。4、低成本:與Lora相比，NBIOT基本不需要重建網(wǎng)絡(luò)射頻和天線。以中國移動為例,900MHz中有一個寬帶,只需要清除2G頻帶的一部分,能和LTE、NBIOT共同籌劃。低速、低損耗與低帶寬在一定程度上減少了NBIOT芯片與模塊的費(fèi)用。預(yù)期售價低于五美元。2.1.35G核心網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)(2018年，R15)2-35G核心網(wǎng)架構(gòu)5G核心網(wǎng)架構(gòu)：基于云本地微業(yè)務(wù)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則，采用模塊化和軟件相結(jié)合的方法構(gòu)建了5G核心網(wǎng)，有效地實(shí)現(xiàn)了不同業(yè)務(wù)類型的網(wǎng)絡(luò)切片。5G核心網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)由三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)組成：SBA、CUPS和網(wǎng)絡(luò)切片。SBA（ServiceBasedArchitecture），即基于服務(wù)的架構(gòu)。它基于云本地架構(gòu)設(shè)計(jì)，借鑒“微服務(wù)”概念的IT領(lǐng)域。眾所周知，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)元件是一個緊密耦合的黑匣子設(shè)計(jì)，NFV(NetworkFunctionVirtualization)將網(wǎng)絡(luò)功能軟件與黑匣子設(shè)備分開，但解耦的軟件仍然是一個“大”的單一結(jié)構(gòu)。它需要進(jìn)一步分解為細(xì)粒度的模塊化組件，并通過開放的API接口進(jìn)行集成，以增強(qiáng)應(yīng)用程序開發(fā)的整體靈活性和靈活性。為此，業(yè)界提出了基于CloudNative的設(shè)計(jì)原則。Cloud原住民的使命是改變軟件在世界各地的構(gòu)建方式。它由一個微服務(wù)體系結(jié)構(gòu)、一個DevOps和一個由容器表示的敏捷基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)組成。目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)交付的彈性、可重復(fù)性和可靠性。微服務(wù)是將單片業(yè)務(wù)分成幾個粒度較小的微業(yè)務(wù).微服務(wù)通過api相互交互，每個微服務(wù)都是獨(dú)立于其他服務(wù)部署、升級和擴(kuò)展的?？稍诓挥绊懣蛻羰褂玫那闆r下頻繁更新正在使用的應(yīng)用。正是基于這種設(shè)計(jì)思想，將傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)元素轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)功能，然后將NF分解為多個網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)。SBA=網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)+基于服務(wù)的接口。網(wǎng)絡(luò)功能可以由多個模塊化的“網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)”組成，可以通過“基于服務(wù)的接口”來演示。因此“網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)”可以被授權(quán)的NF靈活使用。NRFNNFRepository函數(shù)NF(NFRepositoryFunctionNF)支持網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)注冊、狀態(tài)監(jiān)控等功能，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)的自動管理、選擇和擴(kuò)展。CUPS（ControlandUserPlaneSeparation），即控制與用戶面分離。本文的目的是消除網(wǎng)絡(luò)用戶界面功能的“集中化”，使其能夠靈活地部署在核心網(wǎng)(中心數(shù)據(jù)中心)或接入網(wǎng)(邊緣數(shù)據(jù)中心)中，最終實(shí)現(xiàn)分布式部署[6]。事實(shí)上，核心網(wǎng)一直沿著控制面和用戶面分離的方向發(fā)展。例如，通過直接隧道技術(shù)將控制面和用戶面從R7中分離出來，在3GRNC和GGSN之間建立一個直接連接的用戶面隧道。并且在RNC和GGSN之間直接在SGSN和GGSN之間傳輸用戶表面數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。在R8,出現(xiàn)一個純信號節(jié)點(diǎn),如MME。MME的主要功能是支持NAS(非訪問層)信令及其安全性、跟蹤區(qū)域(TAA)列表的管理、PGW和SGW的選擇、交叉MME交換機(jī)時MME的選擇、SGSN的選擇、用戶身份驗(yàn)證、漫游控制和內(nèi)核。。針對不同接入網(wǎng)對2G/3G接入系統(tǒng)的切換過程進(jìn)行了研究。心節(jié)點(diǎn)(S3節(jié)點(diǎn)結(jié)束)和ECMYIDLE中的UE可達(dá)性管理(包括尋呼重放控制和執(zhí)行)之間的移動性管理。剛好是4.5G和5G的時間。這一分離的趨勢更加徹底，也更加必要。主要原因之一是滿足了5G網(wǎng)絡(luò)毫秒延遲的KPI。光纖傳播速度為200km/ms，數(shù)據(jù)要在相距幾百公里以上的終端和核心網(wǎng)之間來回傳送，顯然是無法滿足5G毫秒級時延的。物理距離受限，這是硬傷。因此，在接入網(wǎng)側(cè)(邊緣數(shù)據(jù)中心)進(jìn)行內(nèi)容下沉和分布式部署，使其更接近用戶，減少時延和網(wǎng)絡(luò)回載。網(wǎng)絡(luò)切片，由于5G服務(wù)的多樣性，包括汽車聯(lián)網(wǎng)、大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)自動化、遠(yuǎn)程醫(yī)療、VR/AR等。這些服務(wù)對網(wǎng)絡(luò)的要求是不一樣的，比如工業(yè)自動化要求低時延、高可靠但對數(shù)據(jù)速率要求不高；高清晰度視頻不需要很低的延遲，但需要超高速的速度。一些大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)不需要切換，部分移動性管理對之而言是信令浪費(fèi)等等，為此5G要像一把瑞士軍刀一樣，多功能滿足差異化的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。因此，我們將把網(wǎng)絡(luò)分成多個虛擬子網(wǎng)和孤立子網(wǎng)，分別處理不同的服務(wù)。當(dāng)然，這么靈活的切片工作豈是傳統(tǒng)大塊頭的黑盒設(shè)備能擔(dān)當(dāng)?shù)?，自然要虛擬化、軟件化，為了實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)應(yīng)用的柔性裝配，進(jìn)一步對網(wǎng)絡(luò)功能進(jìn)行細(xì)粒度模塊化。2.25G核心網(wǎng)的主要特征2.2.1網(wǎng)絡(luò)設(shè)備虛擬化虛擬化是指物理CPU、內(nèi)存、網(wǎng)卡等計(jì)算機(jī)資源通過MacOS定義的方法生成虛擬CPU內(nèi)存，網(wǎng)卡提供不同的客戶端。虛擬化該技術(shù)在同一物理服務(wù)器上實(shí)現(xiàn)多個不同的操作系統(tǒng),它們共享底層物理硬件和不同虛擬機(jī)。無線網(wǎng)絡(luò)虛擬化的好處是多方面的，最重要的是支持服務(wù)的快速部署，降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的成本和復(fù)雜性，滿足未來業(yè)務(wù)差異化和定制的需要。提升運(yùn)營商競爭力,采用通用硬件平臺通過虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)軟硬件解耦,使得網(wǎng)絡(luò)具有靈活的可擴(kuò)展性、開放性和演進(jìn)能力。RAN虛擬化是實(shí)現(xiàn)5G移動網(wǎng)絡(luò)端到端虛擬化的重要環(huán)節(jié)。通過用戶無線接入網(wǎng)/核心網(wǎng)服務(wù)平臺的端到端虛擬化，創(chuàng)建虛擬多個虛擬網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)資源共享和隔離。提供給虛擬操作員/服務(wù)提供者。RAN虛擬化是端到端網(wǎng)絡(luò)切片的重要組成部分.RAN虛擬化有利于新業(yè)務(wù)開發(fā)驗(yàn)證虛擬化可以將資源虛擬為不同的切片,每個切片實(shí)現(xiàn)了資源的共享與隔離,因此，可以在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)上開發(fā)和試驗(yàn)新的業(yè)務(wù)，這不會影響現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。此外,作為未來網(wǎng)絡(luò)架可或缺的無線接入技術(shù),通過虛擬化網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行規(guī)模驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),縮短開發(fā)驗(yàn)證周期，加快網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)步驟，同時不影響當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行。2.2.2服務(wù)化架構(gòu)SBASBA:基于服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)是5G網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施。也是第五代移動通信系統(tǒng)的重要特征，結(jié)合移動核心網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)和技術(shù)發(fā)展趨勢，將主要功能分類成可重用的眾多“服務(wù)”。彼此之間采用輕量化接口通信。主要目標(biāo)是確保5G系統(tǒng)的效率化、軟件化、開放化。SBA的本質(zhì)是按照“自包含、可重用、獨(dú)立管理”三原則，將網(wǎng)絡(luò)功能定義為若干個可被靈活調(diào)用的“服務(wù)”模塊。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)營商可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求靈活定制網(wǎng)絡(luò)。

SBA網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)具備三大特征：①松耦合的微服務(wù)；②輕量高效的服務(wù)調(diào)用接口；③自動化、智能化的服務(wù)管理框架。在SBA中，網(wǎng)絡(luò)功能間的交互由“服務(wù)調(diào)用實(shí)現(xiàn)，每個網(wǎng)絡(luò)功能對外呈現(xiàn)通用的服務(wù)化接口，可被授權(quán)的網(wǎng)絡(luò)功能或服務(wù)調(diào)用。而傳統(tǒng)2G、3G、4G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用的是“點(diǎn)對點(diǎn)”的架構(gòu)，網(wǎng)元和網(wǎng)元之間的接口需預(yù)先定義和配置，且定義的接口只能用于特定的兩類網(wǎng)元間使用，靈活性不強(qiáng)。

3GPP在Release15選定了SBA接口的協(xié)議實(shí)現(xiàn)組合：TCP、HTTP/2、JSON、Restful、OpenAPI

3.0。這種協(xié)議設(shè)計(jì)帶來諸多優(yōu)點(diǎn)：便于采用新的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、實(shí)現(xiàn)快速部署、面向連續(xù)的集成和發(fā)布新的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、便于運(yùn)營商自有或第三方業(yè)務(wù)開發(fā)。SBA的協(xié)議也將持續(xù)優(yōu)化，如HTTP/2

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QUIC/UDP、采用二進(jìn)制編碼方法（如CBOR）等是后續(xù)演進(jìn)的可能的技術(shù)方向。2.2.3移動邊緣計(jì)算MEC從現(xiàn)有移動網(wǎng)絡(luò)的角度出發(fā)，通過移動接入網(wǎng)、核心網(wǎng)、負(fù)載網(wǎng)、內(nèi)容疊加網(wǎng)、業(yè)務(wù)平臺等實(shí)現(xiàn)用戶終端與業(yè)務(wù)平臺之間的數(shù)據(jù)流。在面向未來新的業(yè)務(wù)場景,特別是URLLC場景,此種剛性網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)引入的端到端的時延,不利于URLLC場景的實(shí)施和此場景下的用戶體驗(yàn),而且也對網(wǎng)絡(luò)帶寬,特別是匯聚層和骨干層的網(wǎng)絡(luò)帶寬帶來很大的壓力,導(dǎo)致流量增長與網(wǎng)絡(luò)帶寬的失衡。移動邊緣計(jì)算(MEC)技術(shù)是為了在TD-LTE無線網(wǎng)絡(luò)側(cè)增加計(jì)算、存儲和處理功能，并構(gòu)建一個開放的嵌入式應(yīng)用平臺[13]。通過開放的無線API實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)與業(yè)務(wù)服務(wù)器之間的信息交換，實(shí)現(xiàn)了TD-LTE無線網(wǎng)絡(luò)WI的集成。服務(wù)，為行業(yè)提供個性化和差異化服務(wù)，提高TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的利用率。MeCC提供移動用戶附近的信息技術(shù)服務(wù)環(huán)境和云計(jì)算能力,并將內(nèi)容分發(fā)推送到用戶端(如基站),并使應(yīng)用、服務(wù)和內(nèi)容在分布式環(huán)境中部署,以便可以更好地支持5G網(wǎng)絡(luò)中低延遲和帶寬的業(yè)務(wù)需求。在5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中圖2-4，UPF可以提供分流功能，PCF實(shí)現(xiàn)分流策略的控制。MEC服務(wù)需要的分流規(guī)則，通過接口告知PCF，PCF將分流策略配置給SMF，再由SMF發(fā)送給基站和UPF，最終由UPF實(shí)現(xiàn)分流功能。比如：AR/VR/Vehicle網(wǎng)絡(luò)服務(wù)允許在接入云中部署UPF和MEC。在此融合方案下，基站網(wǎng)元CU-U，CU-C，核心網(wǎng)網(wǎng)元UPF，業(yè)務(wù)服務(wù)器EC組成的uRLLC場景網(wǎng)絡(luò)切片，可以描述成如下NFV管理模型：CU-C和CU-U各自抽象成一個VNF；核心網(wǎng)網(wǎng)元UPF抽象成一個VNF；不同的業(yè)務(wù)EC抽象成獨(dú)立的VNF；不同的VNF之間使用C-RAN網(wǎng)絡(luò)公網(wǎng)IP地址進(jìn)行通信。2-45G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)MEC的典型應(yīng)用：1、位置定位：MEC業(yè)務(wù)平臺利用RNIS接口，將網(wǎng)絡(luò)測量報告上報給應(yīng)用，應(yīng)用計(jì)算UE位置，并將計(jì)算后的的結(jié)果，反饋給后端的業(yè)務(wù)服務(wù)器。2、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)：現(xiàn)實(shí)信息采取本地部署，MEC上部署AR高速緩存應(yīng)用，MEC完成大部分的AR信息請求處理，提高處理效率提升用戶體驗(yàn)。3、大視頻：在MEC本地就將高帶寬的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行分類管理、特征分析，然后將關(guān)心的時間、元數(shù)據(jù)和視頻片段進(jìn)行壓縮后變成低帶寬的數(shù)據(jù)流上報。4、AI-RAN：MEC獲取到基于UE的RAN信息后，通知內(nèi)容優(yōu)化器，優(yōu)化器根據(jù)RAN信息進(jìn)行優(yōu)化（用戶屬性腳本、小區(qū)符合、鏈路質(zhì)量等），提高用戶體驗(yàn)。5、高速CACHE：本地CACHE可降低回傳帶寬壓力，DNS開始可降低響應(yīng)時延。6、自適應(yīng)應(yīng)用優(yōu)化：MEC部署應(yīng)用感知優(yōu)化APP，上報MEC平臺收集的RAN信息（用戶小區(qū)負(fù)載等），應(yīng)用根據(jù)用戶當(dāng)時實(shí)際的無線狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，比如調(diào)整編碼方案等。2.2.4網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)網(wǎng)絡(luò)切片是5G時代理想的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。這項(xiàng)新技術(shù)允許運(yùn)營商切斷硬件基礎(chǔ)設(shè)施中的多個虛擬端到端網(wǎng)絡(luò)[14]。每個網(wǎng)絡(luò)層從設(shè)備到接入網(wǎng)到傳送網(wǎng)絡(luò)到核心網(wǎng)的邏輯隔離，并適應(yīng)不同類型業(yè)務(wù)的不同特性。對于每個網(wǎng)絡(luò)層，都充分保證了虛擬資源、網(wǎng)絡(luò)帶寬和服務(wù)質(zhì)量等專有資源。由于片是相互隔離的，切片錯誤或故障不會影響其他片的通信。為什么5G需要網(wǎng)絡(luò)切片呢?從過去到現(xiàn)在的4G網(wǎng)絡(luò)，移動網(wǎng)絡(luò)主要服務(wù)于手機(jī)，一般來說，它只是對手機(jī)進(jìn)行了一些優(yōu)化。然而，在5G時代，移動網(wǎng)絡(luò)需要服務(wù)于各種類型和需要的設(shè)備。更廣泛的應(yīng)用場景包括移動寬帶、大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)和關(guān)鍵任務(wù)物聯(lián)網(wǎng)，它們都需要不同類型的網(wǎng)絡(luò)，在移動性、計(jì)費(fèi)性、安全性、策略控制、延遲、可靠性等方面都有不同的要求[11]。5G的無線接入網(wǎng)和核心網(wǎng):NFV。在今天的移動網(wǎng)絡(luò)中，主要設(shè)備是移動電話。RAN(DU和RUS)和核心功能是由RAN制造商提供的專用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)建的。為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片，網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化是一個先決條件?；旧希琋FV的主要思想是在包核中部署網(wǎng)絡(luò)功能軟件(MME、S/PGW和PCRF)和DU-INRANN，它們部署在商業(yè)服務(wù)器上的虛擬機(jī)上，而不是部署在它們專用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上。通過這種方式，RAN被用作邊緣云，核心函數(shù)用作核心云。使用SDN在邊緣和虛擬云之間配置VM連接，然后為每個服務(wù)創(chuàng)建切片，例如電話芯片、大規(guī)模IOT芯片、關(guān)鍵任務(wù)IOT芯片等等。到目前為止，我們需要為不同需求的服務(wù)創(chuàng)建專用切片。根據(jù)不同的服務(wù)特征，虛擬網(wǎng)絡(luò)功能被放置在每個片的不同位置，即邊緣云或核心云。此外，一些網(wǎng)絡(luò)特性，如計(jì)費(fèi)、策略控制等，在某些片中可能是必需的，而在其他網(wǎng)絡(luò)片中則不是必需的。運(yùn)營商可以按他們想要的方式定制網(wǎng)絡(luò)切片，這可能是最具成本效益的方法。邊緣和核心云之間的網(wǎng)絡(luò)切片：IP/MPLSSDN。雖然軟件定義網(wǎng)絡(luò)在引入時是一個非常簡單的概念，但是它變得越來越復(fù)雜。以覆蓋范圍為例，SDN技術(shù)可以在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施之間提供虛擬機(jī)之間的網(wǎng)絡(luò)連接。在服務(wù)器管理程序中，運(yùn)行內(nèi)置的VRouth/VSwitter。SDN控制器在虛擬化服務(wù)器和DCG/W路由器之間提供隧道配置，以便在MPLS)云數(shù)據(jù)中心中創(chuàng)建VPN，并為每個虛擬機(jī)在核心云(例如5GIOT核)和DCG/W路由器之間創(chuàng)建SDN隧道。SDN控制器然后管理這些隧道和MPLSL3VPN(例如物聯(lián)網(wǎng)/VPN)之間的映射。在邊緣云中，從邊緣云到IP/MPLS主干網(wǎng)和核心云創(chuàng)建物聯(lián)網(wǎng)的過程是相同的。這一過程可以在現(xiàn)有成熟技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)。2.35G核心網(wǎng)功能及接口2-5非漫游參考架構(gòu)下的5G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)接口：簡寫接口類型NamfAMF（接入移動性）接口NudmUDM（用戶數(shù)據(jù)）接口NsmfSMF（會話管理）接口NafAF（應(yīng)用）接口NnefNEF（網(wǎng)絡(luò)開放）接口NnrfNRF（網(wǎng)絡(luò)功能庫、功能發(fā)現(xiàn)）接口NpcfPCF（策略控制）接口NausfAUSF（鑒權(quán)功能）接口N1UE-AMF接口N2AN-AMF接口N3AN-UPF接口N4SMF-UPF接口N6UPF-DN接口網(wǎng)絡(luò)功能：1、AMF:注冊管理，連接管理，可達(dá)性管理，移動管理2、SMF：會話管理會話建立，修改和釋放；UEIP地址分配和管理；UP功能的選擇和控制；配置UPF的分流；確定會話的SSC模式。3、UPF：分組路由和轉(zhuǎn)發(fā)；上行鏈路分類器，用于支持將業(yè)務(wù)路由到數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)；分支點(diǎn)支持多宿主PDU會話；用戶平面的QoS處理流。4、PCF：門控、應(yīng)用和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流檢測規(guī)則、QoS和基于流的計(jì)費(fèi)規(guī)則；下發(fā)應(yīng)用和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流描述模板。NRF:支持業(yè)務(wù)發(fā)現(xiàn)功能。從NF實(shí)例接收NF發(fā)現(xiàn)請求，并向NF實(shí)例提供發(fā)現(xiàn)的NF實(shí)例的信息。2.45G核心網(wǎng)接口協(xié)議棧2-6控制面協(xié)議棧NR控制面協(xié)議幾乎與LTE協(xié)議棧完全相同，自上而下：NAS層（非接入STATRU）、RRC層（無線資源控制）、PDCP層（分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議）、RLC層（RadioLinkControl）、MAC層(MediumAccessControl)、PHY層(Physical)UE所有的協(xié)議棧都位于UE內(nèi)；而在網(wǎng)絡(luò)側(cè)，NAS層不位于基站gNB上，而是在核心網(wǎng)的AMF（AccessandMobilityManagementFunction）實(shí)體上。還需要強(qiáng)調(diào)的是，控制面協(xié)議棧不包含SDAP層。2-7用戶面協(xié)議棧與LTE協(xié)議棧相比，NR用戶平面具有一層SDAP，用戶面協(xié)議自上而下遵循：SDAP層、PDCP層、RLC層、MAC層、PHY層PDU會話級別的封裝：N3接口GTP-U封裝、N9接口5G封裝；一個PDU會話的路徑上，可能包含多個UPF；N9接口可能在PLMN內(nèi)或者PLMN之間。如果PDU會話的數(shù)據(jù)路徑上有上行數(shù)據(jù)分類器（簡稱ULCL）或者分支點(diǎn)（簡稱BP），則ULCL或者BP扮演圖中的非會話錨點(diǎn)的UPF。此時，可能有多個N9接口從ULCL/BP分流到不同PDU會話錨點(diǎn)。UL、CL或者BP在實(shí)際部署的時候可以合設(shè)。2.5集中化無線接入技術(shù)C-RAN2.5.1D-RAN到C-RAN的轉(zhuǎn)化基站一般由三部分組成：射頻遠(yuǎn)程單元RRUU、基帶處理單元BBU和天線。

1、1G和2G時代：BBURRU和電源都在一個柜子里，空間很擁擠。2、3G時代：提出了分布式基站。也就是說，即使在天線下，BBU和RRU也可以與RRU分離，而不必與BBU位于同一個機(jī)箱中。這就是所謂的D-RAN（分布式無線接入網(wǎng)）。

3、5G時代：C-RAN仍然是分離BBU和RRU的解決方案，但RRU無限接近天線，大大減少了饋線(天線和RRU連接)的衰減；同時，它在CO-(中央機(jī)房)中遷移和集中。5G年齡：C-RAN仍然是分離BBU和RRU的解決方案，但RRU無限接近天線，大大降低了饋線(天線和RRU連接)的衰減。同時,BBU遷移并集中在CO(中央機(jī)房)。形成BBU基帶池；而CO與RRU通過前傳網(wǎng)絡(luò)連接。這樣對小區(qū)間的協(xié)同工作十分有利。2.5.2C-RAN的理念與優(yōu)勢C-RAN有如下四個特點(diǎn)：Centralization（集中化）、Cloud（云化）、Cooperation（協(xié)作）、Clean（清潔）。

這四個理念形成了C-RAN的優(yōu)勢：

1、無線性能方面：BBU的集中化減少了BBU之間的延遲，保證了小區(qū)的邊緣吞吐量。RRU與用戶之間的距離大大縮短，從而減少了傳輸功率(這意味著用戶終端的電池壽命更長，無線接入側(cè)的功耗更低)；所有基站共享基帶池，并且處理資源得到最佳利用[7]。

2、成本方面：機(jī)房數(shù)量、場地匹配、場地租賃等成本都大大降低，節(jié)省了施工和運(yùn)營成本；無線側(cè)管理趨于統(tǒng)一，降低了擴(kuò)建和升級成本。2.5.3C-RAN網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)1、RRU拉遠(yuǎn)

2-8RRU拉遠(yuǎn)示意圖RRH：指射頻拉遠(yuǎn)單元。

BBU：基帶處理單元。它一般放在基站附近的機(jī)房里。

D-RoF：數(shù)字光載無線通信。特指RRU到BBU這一段的傳輸；一般利用光纖進(jìn)行回傳。

CSG：基站側(cè)網(wǎng)關(guān)。該裝置主要用于承載網(wǎng)絡(luò)層，最終將信息發(fā)送回IP/MPLS網(wǎng)絡(luò)。

雖然傳統(tǒng)的宏站RRU和BBU是分開的，但它們?nèi)匀辉谕粋€機(jī)房里。這使得天線和RRU之間的饋線非常長。它給數(shù)據(jù)通信增加了許多衰變。實(shí)際上，任何下降都意味著再投資。在C-RAN中，RRU可以放置在天線下面，直接與天線連接到塔上，減少了饋線上通信的損失[3]。2、BBU集中2-9BBU集中示意圖從RRU到BBU之間的傳輸叫做“前傳”；這一部分通常使用光纖進(jìn)行傳輸。從圖2-10中可以看出，在傳統(tǒng)的方案中，BBU需要放置在機(jī)房中，而在C-RAN中，所有的BBU都必須放在機(jī)房中。減少機(jī)房的數(shù)量意味著更少的錢。3、BBU虛擬化2-10BBU虛擬化示意圖BBU集中化意味著商業(yè)服務(wù)器可以完成日常的大部分處理.這種虛擬化的方式簡化了網(wǎng)絡(luò)管理，并使得資源池和無線資源得到了有效協(xié)調(diào)。2.6鄰近服務(wù)D2D通信2.6.1D2D通信優(yōu)勢基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的D2D通信表示用戶數(shù)據(jù)可以在終端之間直接傳輸，而不需要網(wǎng)絡(luò)傳輸。其主要具備下面的優(yōu)點(diǎn):1、提高頻譜效率在D2D通信環(huán)境中，用戶數(shù)據(jù)能在終端間順利傳送，防止蜂窩通信中用戶信息在互聯(lián)網(wǎng)上的傳送，進(jìn)而形成鏈路增益。其次，能重用D2D用戶和D2D與蜂窩的資源，進(jìn)而形成資源重用增益，且利用鏈路增益與重用增益進(jìn)行資源優(yōu)化。無線頻譜資源效率變高，進(jìn)而提升綜合吞吐量。2、提高用戶體驗(yàn)?zāi)壳耙苿油ㄐ欧?wù)與科技得到良好的發(fā)展，表現(xiàn)出鄰近特點(diǎn)的用戶之間的密切信息共享、小范疇社會與商業(yè)項(xiàng)目和基于本地相關(guān)用戶的服務(wù)開始變成目前與未來某個時期的關(guān)鍵增長點(diǎn)。目前與用戶感知相關(guān)的D2D技術(shù)的使用，也許會提升用戶在以上業(yè)務(wù)形式中的真實(shí)體驗(yàn)。3、擴(kuò)展通信應(yīng)用原本的無線通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)相對嚴(yán)苛的通信基礎(chǔ)設(shè)備,核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或接入網(wǎng)絡(luò)設(shè)備受損也許就會造成通信系統(tǒng)無法順利使用。D2D通信引入促使蜂窩通信終端順利創(chuàng)建AdHoc網(wǎng)絡(luò)。在無線通信基礎(chǔ)設(shè)備受損或位于盲區(qū)時，終端就能通D2D完成端到端通信，乃至連接蜂窩網(wǎng)絡(luò)，持續(xù)延伸無線通信的使用范圍。2.6.2D2D通信應(yīng)用場景思考到無線通信的未來趨勢，D2D通信在5G網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的關(guān)鍵應(yīng)用方案為：1、本地業(yè)務(wù)本地業(yè)務(wù)一般被詮釋成業(yè)務(wù)數(shù)據(jù).其能從用戶端傳送到網(wǎng)絡(luò)側(cè)，比如核心網(wǎng)。此部分業(yè)務(wù)的主要案例是社會應(yīng)用程序，基于周邊的社會應(yīng)用程序能被當(dāng)做D2D技術(shù)最主要的使用場景。比如,用戶能利用D2D的尋找功能在周圍區(qū)域中尋找到感興趣的用戶,此外能利用D2D通信功能在周邊用戶內(nèi)傳送數(shù)據(jù)。比如內(nèi)容分享、互動溝通等。本地業(yè)務(wù)的主要應(yīng)用程序范圍是信息傳輸。局部數(shù)據(jù)傳輸主要使用D2D的鄰近性與信息的直接特性。其節(jié)約頻譜資源，延伸移動通信的現(xiàn)實(shí)使用場景，為運(yùn)營商尋找到全新效益增長點(diǎn)。比如，基于相鄰特征的本地廣告服務(wù)能精準(zhǔn)尋找用戶且進(jìn)一步提升宣傳效率：進(jìn)入購物中心或接近商店的用戶,可以了解到產(chǎn)品廣告、折扣與促銷信息。通過商人,電影院能制定促進(jìn)自身發(fā)展的計(jì)劃,將電影預(yù)告宣傳給周圍的用戶。本地服務(wù)的主要應(yīng)用就是蜂窩網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的卸載(卸載)。目前高清視頻等媒體服務(wù)開始被大眾多了解，其現(xiàn)實(shí)業(yè)務(wù)特性讓運(yùn)營商核心網(wǎng)絡(luò)與頻譜資源承擔(dān)較大的壓力。基于D2D的本地媒體業(yè)務(wù)主要使用D2D通信的局部特點(diǎn)，節(jié)約運(yùn)營商的核心網(wǎng)與相關(guān)資源。比如，在熱點(diǎn)區(qū)域，運(yùn)營商或內(nèi)容供應(yīng)者能籌備媒體服務(wù)器，目前常見的媒體服務(wù)都能存放在上述服務(wù)器內(nèi)。,此類服務(wù)器通過D2D模式為有現(xiàn)實(shí)需求的用戶提供專業(yè)服務(wù)。其次,用戶能利用D2D得到媒體服務(wù)，得到相應(yīng)的媒體信息,進(jìn)而避免運(yùn)營商蜂窩網(wǎng)絡(luò)的下行傳輸負(fù)擔(dān)。另外，臨近用戶間的蜂窩通信能切換到D2D通信形式，進(jìn)而完成此類業(yè)務(wù)的卸載。2、應(yīng)急通信在地震等相關(guān)災(zāi)害出現(xiàn)的時候，傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的主要設(shè)備受到破壞，有時候會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)無法使用，導(dǎo)致救援活動無法順利進(jìn)行。D2D通信引入就可以妥善處理此類問題。假如通信網(wǎng)絡(luò)相關(guān)設(shè)施受損，終端依舊能創(chuàng)建基于D2D連接的無線通信網(wǎng)絡(luò)。此網(wǎng)絡(luò)組成基于多跳D2D的adhoc網(wǎng)絡(luò)，確保終端間的無線通信順暢，為救災(zāi)活動提供相應(yīng)的條件。另外，因?yàn)榈匦?、建筑物等相關(guān)條件的影響，無線通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)一般有盲點(diǎn)。因?yàn)閱蝹€或多個跳D2D,覆蓋盲區(qū)內(nèi)的用戶能在網(wǎng)絡(luò)覆蓋領(lǐng)域內(nèi)接入用戶終端,且和用戶終端接入無線網(wǎng)絡(luò)。3、物聯(lián)網(wǎng)加強(qiáng)移動通信主要目標(biāo)就是創(chuàng)建多種互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，主要包括各類終端，還是物聯(lián)網(wǎng)在蜂窩通信結(jié)構(gòu)內(nèi)發(fā)展的源點(diǎn)。據(jù)業(yè)內(nèi)人士透露，全球?qū)⒂写蟾盼灏賰|個蜂窩進(jìn)入終端，此處大部分是具備物聯(lián)網(wǎng)特質(zhì)的機(jī)器通信終端。假如D2D技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)彼此融合，也許就會出現(xiàn)全面互聯(lián)的無線網(wǎng)絡(luò)。在物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)，強(qiáng)化D2D通信的主要場景是車輛網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的V2V(Vehicleto-Vehicle)通信。比如,在正常行駛時期,可以通過D2D通信的方式來警告車道變換和減速的操作。車輛周圍的其他車輛根據(jù)所接收的警告警告駕駛員,即使在緊急情況下,以縮短駕駛員在車輛面臨緊急情況時的響應(yīng)時間。低交通事故的出現(xiàn)概率。另外，使用D2D發(fā)現(xiàn)技術(shù)，車輛能精準(zhǔn)辨別周圍相關(guān)車輛，比如利用交叉口的隱藏危險車輛、值得關(guān)注的特定特征的車輛(比如車輛CARRI)，校車等。基于通信延遲和鄰近性發(fā)現(xiàn)的特點(diǎn),基于終端的D2D在車輛安全行業(yè)具有突出的優(yōu)點(diǎn)。在目前的5G網(wǎng)絡(luò)中，因?yàn)槌霈F(xiàn)眾多物聯(lián)網(wǎng)終端，網(wǎng)絡(luò)接入負(fù)載是值得關(guān)注的現(xiàn)實(shí)問題。基于D2D的網(wǎng)絡(luò)接入也許就可以處理上述問題。比如，在超大的終端場景中，眾多低費(fèi)用終端并非接入到基站中，主要是利用D2D方式連接到周邊的專用終端，蜂窩網(wǎng)絡(luò)利用此類終端聯(lián)系。假如部分特殊終端在空間領(lǐng)域內(nèi)出現(xiàn)一定程度的隔離，此時用于低費(fèi)用終端接入的無線資源可以在眾多專用終端間重用，不只可以減少基站負(fù)擔(dān)，此外還能提升頻譜效率。另外，和目前的4G小區(qū)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，上述基于D2D的接入形式更加便利和便宜。先進(jìn)的模式切換可以最大限度地提高無線通信系統(tǒng)的功能。原本內(nèi)的蜂窩通信形式。基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的D2D通信的完成，可以在一定程度上促進(jìn)智能家居行業(yè)的發(fā)展。4、其他場景5GD2D應(yīng)用也包含用戶MIMO增強(qiáng)、協(xié)作中繼、虛擬MIMO與相關(guān)隱藏場景。比如，在原本的多用戶MIMO技術(shù)中，基站依照終端的信道反饋來保障預(yù)編碼權(quán)值，進(jìn)而創(chuàng)建零捕獲，處理多用戶之間的影響。引入D2D之后，能在配對多用戶間全面?zhèn)鞑バ诺罓顟B(tài)數(shù)據(jù)，促使終端可以把聯(lián)合信道狀態(tài)信息傳播給基站，提升多用戶MIMO的功能。另外，D2D還能協(xié)助處理全新的無線通信場景的問題與現(xiàn)實(shí)需求。比如，在室內(nèi)定位行業(yè)。假如終端位于室內(nèi)，衛(wèi)星信號一般無法使用，所以原本的衛(wèi)星定位方式不能順利使用?；贒2D的室內(nèi)定位能利用對現(xiàn)有室外位置信息或公共定位終端的預(yù)部署終端來明確具體位置。其能通過較低費(fèi)用扶持5G網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)定位。2.6.3D2D通信關(guān)鍵技術(shù)1、D2D發(fā)現(xiàn)技術(shù)相鄰D2D終端的檢測和識別得到了初步的實(shí)現(xiàn)。在多跳D2D網(wǎng)絡(luò)中,需要考慮滿足5G特定場景要求的路由技術(shù)，例如在超高密度網(wǎng)絡(luò)中的高效發(fā)現(xiàn)和車輛網(wǎng)絡(luò)場景中的超低延遲需求。2、D2D同步技術(shù)固定場景，比如覆蓋場景或多跳D2D網(wǎng)絡(luò)，對系統(tǒng)同步特性提出更大的挑戰(zhàn)。3、無線資源管理5GD2D調(diào)度和無線資源管理問題之所以可以包括無線比傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)更為復(fù)雜，主要就是它包括了組播、單播等通信模式,以及多跳、中繼等應(yīng)用。4、功率控制和干擾協(xié)調(diào)D2D通信因?yàn)榛诜涓C網(wǎng)絡(luò)，其體現(xiàn)的最大的優(yōu)勢就是與傳統(tǒng)的點(diǎn)對點(diǎn)(P2P)技術(shù)相比，它在干擾控制方面比較優(yōu)越。然而,在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，蜂窩通信也會被D2D技術(shù)所干擾。此外，在5G網(wǎng)絡(luò)的D2D中，還考慮了多跳和未經(jīng)授權(quán)的LTE頻段的應(yīng)用和高頻通信。功率管控與干擾協(xié)調(diào)問題的分析更加重要。5、通信模式切換其包含蜂窩模式和D2D模式轉(zhuǎn)換，上述模式和其他P2P通信模式的切換，授權(quán)頻譜D2D通信的切換，和LTE-UD2D通信。領(lǐng)先的切換形式可以將無線通信系統(tǒng)的性能最大限度地提高。第3章5G無線傳輸技術(shù)3.1大規(guī)模天線3.1.1大規(guī)模天線原理大型天線的理論基礎(chǔ)是:當(dāng)基站天線數(shù)目遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于用戶天線數(shù)時，基站信道中，每個用戶都會趨于正交。用戶間的干擾會消失,和巨大的陣列增益可以有效提高每個用戶的信噪比,讓更多的用戶可以發(fā)送在同一時間和頻率資源。具體來說，大規(guī)模MIMO技術(shù)依賴于基站側(cè)的相位相干性和所有簡化信號處理計(jì)算的天線。4G系統(tǒng)的MIMO可以使5g大容量MIMO信道的容量增加至少10倍，同時可以使輻射能量效率提高近100倍。提高能力得益于高效MIMO大型空分復(fù)用。由于使用了大量的天線單元,基于波的相干疊加,輻射能量在空間內(nèi)的小區(qū)域中過度集中,促使輻射能量效率穩(wěn)步提升。利用發(fā)射信號“形式”,基站端能保證波的全部前端被疊加且輻射到想要的終端,不會輻射到其他地方而沒有目的(隨機(jī))。如圖3-1所示，大規(guī)模MIMO提供了更多的定向和成形能力，從而提高了系統(tǒng)的容量。它還可以提高社區(qū)的覆蓋范圍和網(wǎng)絡(luò)的抗干擾能力。3-1MIMO天線更尖銳的波束賦形在大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中，大量的天線通常被配置成幾十個、數(shù)百個甚至數(shù)千個天線，其數(shù)量超過現(xiàn)有MIMO系統(tǒng)的1~2個數(shù)量級。而基站所使用的用戶設(shè)備(UE)的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于L。ESS比基站天線多，基站使用相同時間與頻率資源共同服務(wù)眾多用戶，全面發(fā)掘整體空間自由度。所以,提升基站接收與傳送眾多信號的能力,進(jìn)一步提升頻譜使用率和數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。大規(guī)模MIMO天線在空間中形成多個信道。如果對這些空間信道進(jìn)行科學(xué)合理的處理和應(yīng)用，可以利用相同的時頻資源同時傳輸多個甚至幾百個信道的數(shù)據(jù)。從而大大提高了小區(qū)吞吐量和資源利用率。MIMO天線的大信道容量特性相當(dāng)于幾個正交并行子信道，因此大天線主要分析空間信道。根據(jù)信道處理，獲得了大比例尺M(jìn)IMO天線容量：3-2天線信道分解處理原理該信道對大尺度MIMO天線空間信道進(jìn)行了處理，得到了大尺度MIMO天線的陣列增益、分集增益、抗衰落分集增益、抗干擾形狀增益和空間復(fù)用增益，如圖3-3所示。3-3各種增益示意圖3.1.2大規(guī)模天線優(yōu)勢大型天線陣的優(yōu)點(diǎn)包括:在現(xiàn)有的MIMO環(huán)境下，大規(guī)模MIMO的空間分辨率有了很大的提高，可以挖掘空間維資源，使網(wǎng)絡(luò)中的多個用戶能夠同時在同一時間和頻率資源上與基站通信?；镜拿芏瓤梢蕴岣哳l譜效率和功率效率，增加天線數(shù)目可以平滑信道響應(yīng)，減少小尺度信道的隨機(jī)變化?；九c終端之間的準(zhǔn)正交信道特性使資源相同的信道具有良好的正交特性；大規(guī)模MIMO提取。提供了減少時間延遲的可能性;移動通信系統(tǒng)的性能一般都受到衰落的限制，接收機(jī)接收到的信號強(qiáng)度也會微弱一段時間。當(dāng)從基站端發(fā)送信號時,接收機(jī)在接收之前將經(jīng)歷多徑環(huán)境衰落,并且信號將受到多徑干擾。由于其衰落特性，推動了低時延無線鏈路的建立。5G的發(fā)展重點(diǎn)是不同網(wǎng)絡(luò)的兼容性和集成。低延遲為數(shù)據(jù)傳輸和信令控制營造和諧的鏈路環(huán)境。眾多MIMO簡略接入層的具體結(jié)構(gòu)。在天線數(shù)目足夠大的情況下，由于信道響應(yīng)按大數(shù)規(guī)律穩(wěn)定，頻域調(diào)度的貢獻(xiàn)不再明顯。最簡單的線性預(yù)編碼和線性檢測器往往是最優(yōu)的，噪聲和不相關(guān)干擾都可以忽略。大規(guī)模MIMO可以將波束集中在非常窄的范圍內(nèi),從而大大減少干擾,提高對有目的的人類間的魯棒性。參考和故意干擾;由大規(guī)模MIMO建立的“綠色”基礎(chǔ)。該站能滿足5G系統(tǒng)的能量效率和輻射效率要求。3.1.3應(yīng)用場景分析圖3-4顯示了大型天線未來的應(yīng)用場景，可分為三種主要場景：室外宏覆蓋、高層覆蓋和室內(nèi)覆蓋。3-4天線主要應(yīng)用場景在部署方面，大規(guī)模MIMO可以集中部署或分布式部署，圖3-5顯示了這兩種部署模式的圖表。重要部署場合是城市與郊區(qū)覆蓋、無線回程和本地?zé)狳c(diǎn)。城市覆蓋被劃分成宏觀與微觀兩部分(比如規(guī)模較大的辦公樓)。無線傳輸主一般處理基站間的數(shù)據(jù)傳送，特別是宏站與小型基站間的信息傳送。郊區(qū)覆蓋一般處理偏遠(yuǎn)區(qū)域的傳輸問題，其中本地?zé)狳c(diǎn)一般面向大型活動、音樂會、購物中心等。露天集會、交通樞等用戶密度高的區(qū)域。

3-5天線的集中和分布式部署分布式部署主要考慮天線的大小、安裝等實(shí)際問題，重點(diǎn)是天線與信令傳輸?shù)膮f(xié)調(diào)機(jī)制。分布式大規(guī)模天線就是把大規(guī)模天線分成若干個天線陣模塊，每個模塊化天線陣列可以分別部署，并進(jìn)行集中處理。模塊化分布式大尺度天線可以獲得集中式大型天線的性能優(yōu)勢，同時大大簡化了天線的部署，減小了天線的重量，減少了天線的安裝和維護(hù)的難度，實(shí)現(xiàn)了場景天線的組合。減少了天線檢測的難度。當(dāng)模塊化分布式大尺度天線與基于虛擬截面的傳輸技術(shù)相結(jié)合時，與集中式大尺度天線相比，可以進(jìn)一步獲得性能增益。3.25G全雙工技術(shù)3.2.1自干擾的產(chǎn)生和消除發(fā)射信號對接收信號帶來強(qiáng)大的自干擾.因?yàn)殡p工器泄露、天線反射、多徑反射等相關(guān)因素，發(fā)射信號和接收信號混合，導(dǎo)致自干擾問題。怎樣去除上述干擾呢？因?yàn)榘l(fā)射信號可以輕松掌握，因此上述信號就能被當(dāng)做處理自干擾的基礎(chǔ)。但是，此類信號必須從數(shù)字基帶域中得到，在把數(shù)字信號轉(zhuǎn)變成模擬信號時，無法直接尋找到線性與非線性失真效應(yīng)的參考數(shù)值。因此，任何自對消技術(shù)的成功，都需要思考存在的非線性失真。另外,為了防止接收飽和,要思考接收機(jī)模式/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的分辨率最高限額,所以需要確保輸入模式/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的自干擾信號強(qiáng)度低于有關(guān)數(shù)值。為了處理上述問題，需要對干擾信號開展高效分解，處理干擾問題。3.2.2自干擾消除的實(shí)現(xiàn)全雙工通信技術(shù)發(fā)展為什么會被自干擾消除所阻礙?大部分人指出,假如發(fā)送方了解被發(fā)送信號的有關(guān)參數(shù),此時即便本身接收機(jī)誤接收上述信號,過濾此類信息通常比較簡單。然而在現(xiàn)實(shí)中,事情不是那么簡單。即便無線收發(fā)信機(jī)充分了解要發(fā)送的數(shù)字基帶信號，然而假如信號被轉(zhuǎn)換成模擬信號且增加載波開展轉(zhuǎn)換，所發(fā)送的信號將與原始基帶信號有很大的不同。由于無線設(shè)施天線內(nèi)的大部分電子電路對信號進(jìn)行失真，包含線性與非線性失真，上述失真的模擬信號會被增加到噪聲內(nèi)。(比如功率放大器會帶來噪聲干擾進(jìn)入到發(fā)送信號中)。所以，天線傳輸?shù)哪M信號并不精準(zhǔn)，多種頻率的信號會出現(xiàn)或多或少的延遲與失真問題。因此我們就可以知道,如果減去“已知”基帶信號而不思考以上模擬失真也無法達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。SIC體系結(jié)構(gòu)主要目標(biāo)是對干擾開展建模，進(jìn)而預(yù)估扭曲失真,如此就能在接收機(jī)上彌補(bǔ)信號。此處需要關(guān)注下面兩個部分：接收機(jī)飽與非線性自干擾。假如輸入信號高于模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器明確的相關(guān)閾值，此時無線設(shè)施接收機(jī)會達(dá)到飽和。所有數(shù)字信號消除方式都需要對失真開展建模，且依照信號變動開展相應(yīng)的調(diào)節(jié)。目前,一些研究團(tuán)隊(duì)對消除自我干擾的問題已經(jīng)有所突破。事實(shí)上,現(xiàn)實(shí)原理是借助發(fā)送信號且利用部分電路算法去除自干擾。消除具體過程如下:第一步,擁有專門設(shè)計(jì)的前端天線和雙工器,其作用是盡量減少泄漏和反射信號。第二步，干擾將會被模擬消除。提取接收到的信號，并從接收信號(模擬)中濾波。為了避免飽和，必須考慮A/D轉(zhuǎn)換分辨率。第三步，基于干擾開展數(shù)字消除。選擇接收信號且從中去除發(fā)射信號（數(shù)字）。此刻，要思考線性與非線性失真。3.2.3全雙工技術(shù)的優(yōu)勢由于有了超強(qiáng)的自干擾抵消科技，因此全雙工通信成變成現(xiàn)實(shí)，在一定程度上提升無線頻譜效率，避免時延。所以，假如可以高效使用此類抵消技術(shù)，就可以促進(jìn)無線產(chǎn)業(yè)的長久穩(wěn)定發(fā)展。第一，因?yàn)橄嗤诺拦餐l(fā)送與接收，和FDD與TDD的半雙工科技進(jìn)行比較，其頻譜效率會不斷提升。第二，和TDD技術(shù)進(jìn)行比較，此技術(shù)可以大大減少延遲.在全雙工技術(shù)中，在發(fā)送數(shù)據(jù)后立即接收反饋信息，從而減少了時間延遲.此外，當(dāng)數(shù)據(jù)分組被發(fā)送時，下一個分組被發(fā)送，而不等待分組的完全到達(dá)，特別是當(dāng)重傳被重新傳輸時，延遲將被大大減少。3.35G毫米波傳輸3.3.1應(yīng)用場景及需求基于毫米波信道建模，最重要的是確定模型應(yīng)用場景，且依照場景差異選擇發(fā)射端與接收端的具體方位。因?yàn)楹撩撞▊鞑シ懂牭挠绊?，其一般使用在室?nèi)熱點(diǎn)(NH)、城市微蜂窩(UM)、城市大蜂窩(UMA)等特殊場景，如視線回線、對稱結(jié)構(gòu)的體育場等。比較重要的NH場景包含會議室、檢查員工作室、臥室、走廊與客廳。室外UM和UMA的差異就是在周邊環(huán)境內(nèi)輻射源位置是否超過建筑物，應(yīng)考慮BM波建筑材料的穿透損耗。通常采用大規(guī)模和小規(guī)模的傳播模型。大尺度模型主要描述接收信號強(qiáng)度隨距離的變化。根據(jù)米伯-高斯傳輸損耗的原理,擁有足夠大的動態(tài)范圍的測量系統(tǒng),才可以確保區(qū)分有用信號。我們需要收集接收到的不同方位角和俯仰角的信號才能建立毫米波三維信道模型并獲得接收到的功率在空間中的分布。能否從信道的脈沖響應(yīng)中選擇有效路徑和發(fā)射信號的帶寬與測試系統(tǒng)的采樣率相關(guān)。時間分辨率的情況和環(huán)境內(nèi)多徑效應(yīng)刻畫精準(zhǔn)率有關(guān)。利用對功率延遲譜(PowerDelay剖面)與功率角譜(功率角譜)的測量，可以得到時域和角域的色散參數(shù)。在目前毫米波信道測量結(jié)果的前提下,得知信號在傳輸時期具有簇特性，也就是得到信號以近似到達(dá)角(AoA,

Angle

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Angle

of

Departure)和至達(dá)時間(ToA,

Time

of

arrival)在空間內(nèi)擴(kuò)散。因此，簇內(nèi)參數(shù)和簇間參數(shù)，如簇內(nèi)或路徑的到達(dá)率與衰減率、簇內(nèi)時間與角色散、RiceanK因子等，能精準(zhǔn)的敘述出高頻無線信道的統(tǒng)計(jì)特點(diǎn)。3.3.2毫米波信道測量信道測量系統(tǒng)不只是得到信道參數(shù)與選取此特征參數(shù)的前提，此外也作用于信道估計(jì)參數(shù)的精準(zhǔn)度。相對完善的信道測量系統(tǒng)一般包含測試儀器、天線與電纜、控制轉(zhuǎn)臺等部分。目前，毫米波波段常用的信道測量方法主要有頻域法和時域法。一種基于矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的頻域測量方法?；ヂ?lián)網(wǎng)和分析器可以被看作是通過掃描頻率通過準(zhǔn)靜態(tài)信道接收到的信號的發(fā)送信號幅度加權(quán)與相移。利用記載VNA的S21參數(shù)，也就是輸出端口2，得出信道的頻率響應(yīng)，之后利用逆FFT得出CIR。在VNA單表無法覆蓋頻帶時，此時要使用加法下變頻模塊達(dá)到現(xiàn)實(shí)需求。和原本的測量方案進(jìn)行比較，新增高頻矢量信號源，進(jìn)一步提升綜合信號傳輸功率與擴(kuò)大動態(tài)范疇。由于米波段頻帶內(nèi)電纜的丟失,由于參考信號的存在，頻域系統(tǒng)受到室內(nèi)短距離測量的限制。反之,時域方法利用傳送丠較好自相關(guān)的寬帶信號把得到的信號傳送給原始信號,之后可以得到C|R。因?yàn)椴恍枰獏⒖夹盘?時域方式處理頻域方式內(nèi)的有限覆蓋難題，最終完成寬帶信道測試。紐約大學(xué)在硬件上實(shí)現(xiàn)了滑動相關(guān)器在接收機(jī)上的互相關(guān)操作。其可以避免數(shù)字采樣濾波時期對信號幅值與相位的作用，然而無法自主的使用眾多頻帶。其次直接得到基帶接收信號，且在數(shù)據(jù)預(yù)處理時期進(jìn)行處理，簡化硬件結(jié)構(gòu)。目前毫米波萬能測試儀功能不斷增加，發(fā)射機(jī)與接收機(jī)主要使用矢量信號源與頻譜研究儀完成。此綜合信道測量系統(tǒng)具備一定的平穩(wěn)性與精準(zhǔn)度。另外,在使用時域或頻域方式時,要充分思考收發(fā)信機(jī)之間的頻率與時間同步現(xiàn)象。損失步長和系統(tǒng)嵌入成果有關(guān)，最終評估系統(tǒng)時間色散參數(shù)的誤差。接收機(jī)能利用電纜全部連接接收機(jī)且傳送低頻同步信號,或者假如能和GPS同步,為去除系統(tǒng)與電纜損失，測試之前要使用兩根射頻電纜完成校準(zhǔn)。毫米波在移動通信系統(tǒng)中得到主要應(yīng)用，特別在多天線技術(shù)方面，為了需找到適合典型應(yīng)用場景的MIMO高頻無線信道模型，MIMO天線陣列可以開展測試,然而目前已經(jīng)產(chǎn)生。因此在收發(fā)信機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)研發(fā)上面臨巨大的挑戰(zhàn)。二現(xiàn)在最好的辦法是旋轉(zhuǎn)定向喇叭（天線控制在水平與俯仰兩維度）,產(chǎn)生虛擬全向天線,而并非低增益全向天線來補(bǔ)償高頻路徑損失。此后所測試的全向信道模型在眾多信號處理算法之后被轉(zhuǎn)變成MIMO信道模型。因此，想要充分體現(xiàn)出毫米波空間信道模型,就要采用多維旋轉(zhuǎn)函數(shù)。3.3.3毫米波信道建模1、確定性信道建模確定性建模可分為三種方法：封閉法、經(jīng)驗(yàn)法(基于測量結(jié)果)和光線跟蹤法。采用封閉方法的最佳例子是研究雙路信號模型.這種方法的缺點(diǎn)是它不代表真實(shí)的環(huán)境情景。經(jīng)驗(yàn)方法是從特定環(huán)境下的信道測量數(shù)據(jù)中提取信道參數(shù)。雖然該方法的結(jié)果非常準(zhǔn)確，但這種精度是以大量數(shù)據(jù)的高復(fù)雜性為代價的。經(jīng)驗(yàn)方法的缺點(diǎn)是它只能局限于特定的位置，不能與物理傳輸過程結(jié)合起來。隨機(jī)信道建模是信道建模中最常用的方法。該建模方法的優(yōu)點(diǎn)是在復(fù)雜性和精度之間取得了很好的平衡。隨機(jī)信道建模與確定性建模相比,具有較低的復(fù)雜度,能夠提供足夠準(zhǔn)確的信道信息。隨機(jī)信道建模是根據(jù)實(shí)際環(huán)境中采集的實(shí)測數(shù)據(jù)，得到具有代表性的統(tǒng)計(jì)信道。通過對實(shí)測數(shù)據(jù)的分析，可以推導(dǎo)出該信道的概率密度數(shù)和其它主要信道參數(shù)。信道概率密度函數(shù)及其相關(guān)信道參數(shù)可用于產(chǎn)生信道脈沖響應(yīng)。隨機(jī)信道建模的一個主要特點(diǎn)是，如果這些場景的信道具有相同的概率密度函數(shù)，則可以通過設(shè)置信道參數(shù)來模擬不同的場景。第4章5G無線接入技術(shù)4.1非正交多址接入技術(shù) 4.1.1多址技術(shù)的發(fā)展近20年來，隨著移動通信技術(shù)的飛速發(fā)展，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也在不斷地發(fā)展?；谡活l分多址(OFDMA)技術(shù)的第四代移動通信已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了每秒100兆比特甚至千兆比特的數(shù)據(jù)傳輸速率。它在很大程度上達(dá)到寬帶移動通信現(xiàn)實(shí)需求。但是，目前智能終端被普遍使用，新移動服務(wù)需求開始增多，對無線傳輸速率的要求不斷提高。無線通信傳送速率依舊無法達(dá)到此后移動通信的現(xiàn)實(shí)要求。IMT-2020/5G)5G遠(yuǎn)景與要求白皮書(5G)位于一個頻譜效率高、效率高、容量多、頻譜效率和4G相比高出5到15倍、系統(tǒng)吞吐量比較高的無線網(wǎng)絡(luò)中。為了維持低費(fèi)用,在4G內(nèi)使用正交多址接入科技。但是，為了達(dá)到5G頻譜效率提升15倍的目標(biāo)，行業(yè)內(nèi)研究出全新的多址復(fù)用，也就是非正交多址(NOMA)。在正交多址技術(shù)(OMA)中,只存在單個無限資源可分配給單個用戶，比如分頻或時分,NOMA能把單個資源分配給眾多用戶。在一些場景中，如多點(diǎn)接入與廣域覆蓋的近距離效應(yīng)場景，尤其是上行鏈路密集場合，功率復(fù)用非正交接入多址方式和原本的方式相比具有一定的優(yōu)勢。符合未來發(fā)展的潮流?，F(xiàn)在，分析表明在城市區(qū)域采用NOMA的效果，此外也檢驗(yàn)出此方式能使無線接入宏小區(qū)的總吞吐量提升大概50%。非正交多址(非正交)復(fù)用能利用串行干擾去除或準(zhǔn)最大似然解調(diào)相融合來確保容量約束。因此，設(shè)計(jì)一種低復(fù)雜度、高效率的接收算法是研究的重要阻礙。NMA和原本的正交傳輸不同。發(fā)射機(jī)使用非正交傳輸，自主引入干擾信息.使用接收機(jī)的串行干擾刪除技術(shù)完成解調(diào)。和正交傳輸進(jìn)行比較，接收機(jī)更為繁瑣，然而頻譜使用率更高。非正交傳輸?shù)闹饕砟钍鞘褂么祟惤邮諜C(jī)設(shè)計(jì)來提升頻譜效率。目前芯片處理水平穩(wěn)定提升，非正交傳輸科技在現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的使用變成現(xiàn)實(shí)。4.1.2NOMA中的關(guān)鍵技術(shù)1、串行干擾刪除(SIC)在發(fā)射機(jī)中，和CDMA系統(tǒng)相似，使用干擾信息能得到較高的頻譜效率，然而也會遭遇多址干擾(MAI)情況。有關(guān)處理多址干擾問題,在分析第三代移動通信系統(tǒng)的時候也得到良好成就,串行干擾刪除(SIC)就是重要成就。NMA使用SiC接收機(jī)確保多用戶測試.串行干擾消除的主要理念是穩(wěn)步去除干擾,在接收信號中開始判斷用戶。振幅復(fù)原之后，從接收信號中去除用戶信號造成的多址干擾，再判斷剩余用戶，從而消除所有的多址干擾,直到消除了所有的多址干擾。2、SIC消除了接收機(jī)的多址干擾(MAI)需要對接收信號中的用戶進(jìn)行判斷，以排除用戶消除干擾的順序，且依照用戶信號的功率開展判斷?；驹诎l(fā)送端向多個用戶劃分多種信號功率，進(jìn)而得到系統(tǒng)最高性能增益,且分辨用戶目標(biāo)。功率復(fù)用技術(shù)在相關(guān)多址接入方案中并未被高效使用。其和單純的功率控制不同，然而基站遵守有關(guān)功率分配算法。顯然，NOMA科技的實(shí)現(xiàn)也需要處理現(xiàn)實(shí)問題。第一，具備非正交傳輸?shù)慕邮諜C(jī)比較復(fù)雜.符合需求的SIC接收機(jī)的設(shè)計(jì)也和信號處理芯片科技的改善相關(guān)。第二，功率復(fù)用科技并不健全，此外也需要處理眾多工作。其他國家對Noma的分析得到了讓人欣喜的結(jié)果。日本NTTDoCOMO企業(yè)最初在2010年就開展有關(guān)分析，并提出了更系統(tǒng)的計(jì)劃。在NTTDoCOMO提出的5G概念中,許多新技術(shù)將被應(yīng)用于不同的蜂窩區(qū)域(以下)。例如，在800MHz頻段和2GHz頻段的宏小區(qū)中采用NOMA訪問模式。以前,只有一個用戶可分配給單個無線資源,比如依照頻率與時間分類的塊,此外NOMA能分配給某資源給眾多用戶。仿真結(jié)果表明，NOMA能使宏小區(qū)的總吞吐量提高50%。在國內(nèi),對NMA的研究并不多。

4.2動態(tài)TDD技術(shù)4.2.1動態(tài)TDD簡述目前，LTE有時分雙工(TDD)和頻分雙工(FDD)兩種系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。TDD與FDD系統(tǒng)的明顯差異就是前者時隙上下分開。上行與下行鏈路采用同樣的頻率資源，在時間維度上分割上行與下行鏈路，所以上述兩