移動通信網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵技術(shù)

畢業(yè)設(shè)計（論文）設(shè)計闡明書設(shè)計(論文)題目：5G移動通信網(wǎng)絡(luò)中核心技術(shù)學生：專業(yè)：班級：指引教師：設(shè)計日期：畢業(yè)設(shè)計（論文）任務書畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：5G移動通信網(wǎng)絡(luò)中核心技術(shù)畢業(yè)設(shè)計（論文）規(guī)定及原始數(shù)據(jù)（資料）：題目：應簡潔、明確、有概括性，字數(shù)不適當超過20個字；摘要：要有高度概括力，語言精練、明確，中文摘要約100—200字；核心詞：從論文標題或正文中挑選3～5個，最能表達重要內(nèi)容詞作為核心詞；目錄：寫出目錄，標明頁碼；正文：本科畢業(yè)論文正文字數(shù)普通應在15000字以上，畢業(yè)論文正文：涉及前言、本論、結(jié)論三個某些：前言（引言）是論文開頭某些，重要闡明論文寫作目、現(xiàn)實意義、對所研究問題結(jié)識，并提出論文中心論點等。前言要寫得簡要扼要，篇幅不要太長。本論是畢業(yè)論文主體，涉及研究內(nèi)容與辦法、分析（討論）等。在本某些要運用各方面資料，分析問題，論證觀點，盡量反映出自己科研能力和學術(shù)水平。結(jié)論是畢業(yè)論文收尾某些，是環(huán)繞本論所作結(jié)束語。其基本要點就是總結(jié)全文，加深題意；道謝：簡述自己通過做畢業(yè)論文體會，并應對指引教師和協(xié)助完畢論文關(guān)于人員表達謝意；參照文獻：在畢業(yè)論文末尾要列出在論文中參照過專著、論文及其她資料，所列參照文獻應按文中參照或引證先后順序排列。畢業(yè)設(shè)計（論文）重要內(nèi)容：第一某些，重要簡介課題研究背景，闡述了通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷程，國內(nèi)外對5G網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀,以及本課題所研究重要內(nèi)容；第二某些，簡介了5G網(wǎng)絡(luò)應用場景、標志、指標、技術(shù)方向；第三某些，簡介了大規(guī)模天線技術(shù)、超密集組網(wǎng)技術(shù)、全頻譜接入、新型多址；第四某些，設(shè)計一種簡樸大規(guī)模天線系統(tǒng)，將其系統(tǒng)模型、頻譜效率和傳播過程與4G網(wǎng)絡(luò)中所用MIMO天線系統(tǒng)進行對比，闡明其優(yōu)勢。闡明為什么大規(guī)模天線技術(shù)會成為5G網(wǎng)絡(luò)潛在無線核心技術(shù)；第五某些，總結(jié)某些，總結(jié)了在本次課程設(shè)計中得到收獲與成果，同步闡述了本次設(shè)計中遇到難點和存在問題，以便此后完善。學生應交出設(shè)計文獻（論文）：1、開題報告；2、中期檢查表；3、設(shè)計任務書；4、畢業(yè)論文；5、英文翻譯原件及譯文；6、光盤一張（包括上述1-5內(nèi)容）重要參照文獻（資料）：[1]尤肖虎，潘志文，高西奇.5G移動通信發(fā)展趨勢與若干核心技術(shù)［J］.中華人民共和國科學：信息科學，，44(5)：551－563．[2]IMT-(5G)PromotionGroup.5G無線技術(shù)架構(gòu)白皮書[R]..[3]ULLBERGH，POPOVSKIP，GOZALVEZ-SERRANOD，etal.METISsystemconcept：theshapeof5Gtocome[J].IEEECommunicationsMagazine，.[4]中興通訊.用技術(shù)創(chuàng)新勾畫5G網(wǎng)絡(luò)藍圖[J].通信產(chǎn)業(yè)報,(34).[5]LIY，WANGQ，ZHONGZD.IEEEInternationalSymposiumonAntennasandPropagation&USNC/URSINationalRadioScienceMeeting.c:1808-1809[6]GUPTAA，JHARK.Asurveyof5Gnetwork：architectureandemergingtechnologies[J].IEEEAccess,，3:1206-1232[7]AGYAPONGP，IWAMURAM，STAEHLED，etal.Designconsiderationsfora5Gnetworkarchitecture[J].CommunicationsMagazine,IEEE，，52(11)：65-75.[8]MARZETTATL.Non-cooperativecellularwirelesswithunlimitednumbersofbasestationantennas[J].IEEETransactionsonWirelessCommunications，，9(11)：3590-3600.[9]E.G.Larsson，F(xiàn).Tufvesson，O.Edfors，andT.L.Marzetta.MassiveMIMOfornextgenerationwirelesssystems.IEEE.[12]LIQC，NIUHN，PAPATHANASSIOUAT，etal.5Gnetworkcapacity：keyelementsandtechnologies[J].IEEEVehicularTechnologyMagazine，，9(1)：71-78.[13]YANGFY，WANGH，MEIC，etal.Aflexiblethreeclouds5GmobilenetworkarchitecturebasedonNFV&SDN[J].CHINACommunication，[14]3GPPTR38.900.Channelmodelforfrequencyspectrumabove6GHz[S]..[15]ITU-RreportM.TechnicalfeasibilityofIMTinbandsabove6GHz[S]..[16]ITU-RM2083-0.IMTVision–FrameworkandoverallobjectivesofthefuturedevelopmentofIMTforandbeyond[S]..[17]C.Shepard，H.Yu，N.Anand，L.E.Li，T.L.Marzetta，R.Yang，andL.Zhong，Argos：Practicalmany-antennabasestationsinProc.ACMInt.Conf.MobileComputingandNetworking，Aug.[18]G.Miao，J.Zander，K-WSung.MobileDataNetworks，CambridgeUniversityPress..[19]GoldsmithA，JafarSA，JindalN，etal.CapacitylimitsofMIMOchannels[J].SelectAreasinCommunications，IEEEJournalon，，21(5)：684-702[20]H.Q.Ngo，E.G.Larsson，andT.L.Marzetta.UplinkpowerofmultiuserMIMOwithverylargeantennaarrays.Urbana-Champaign，Illinois，US，Sep..[21]M.Kobayashi，N.Jindal，andG.Caire，TrainingandfeedbackoptimizationformultiuserMIMOdownlink，IEEETrans.Aug..[22]LarssonEG，EdforsO，TufvessonF，etal.fornextgenerationwirelesssystems[J].arXivpreprint.[23]H.Yin，D.Gesbert，M.Filippou，andY.Liu.Acoordinatedapproachtochannelestimationinlarge-scalemultiple-antennasystems.IEEE..[24]A.Pitarokoilis，S.K.Mohammed，andE.G.Larsson.Ontheoptimalityofsingle-carriertransmissioninlarge-scaleantennasystems.IEEEWirelessCommun.Aug.[25]J.Hoydis，S.tenBrink.theUL/DLofcellularnetworks.IEEEJ.Sel.AreasCommun.Feb..[26]F.Rusek，D.Persson，E.G.Larsson，T.L.Marzetta.ScalingupMIMO：Opportunitiesandchallengeswithverylargearrays.IEEESignalProcess..[27]LuL，LiG，SwindlehurstA，etal.AnoverviewofmassiveMIMO：benefitsandchallenges[J].IEEEJournalofSelectedTopicsinSignalProcessing，，8(5)：742-758.專業(yè)班級學生規(guī)定設(shè)計（論文）工作起止日期指引教師簽日期教研室主任審查簽字日期系主任批準簽日期

5G移動通信網(wǎng)絡(luò)中核心技術(shù)研究摘要移動通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展到當前一共經(jīng)歷了4代，第一代是模仿技術(shù)，第二代實現(xiàn)了數(shù)字化語音通信，第三代是3G網(wǎng)絡(luò)，已經(jīng)可以實現(xiàn)基本多媒體通信，第四代是咱們當前已經(jīng)離不開4G網(wǎng)絡(luò)，其標志著無線寬帶時代到來。而本論文所研究5G移動通信網(wǎng)絡(luò)指正是第五代移動通信網(wǎng)絡(luò)。5G網(wǎng)絡(luò)還沒有進入咱們生活，通過既有4G網(wǎng)絡(luò)來推測并不能精確得知當5G網(wǎng)絡(luò)普及之后咱們社會將發(fā)生多大變化，本文依照各大組織，通訊公司發(fā)布關(guān)于5G網(wǎng)絡(luò)信息，簡介什么是5G網(wǎng)絡(luò)，國際上對5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)定，5G網(wǎng)絡(luò)應用場景尚有5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展方向。文章中重要還對5G網(wǎng)絡(luò)潛在無線技術(shù)進行分析，簡介大規(guī)模天線技術(shù)、超密集組網(wǎng)、全頻譜接入和新型多址基本概念、優(yōu)勢、挑戰(zhàn)。再單獨針對大規(guī)模天線技術(shù)進行研究，設(shè)計一種簡樸大規(guī)模天線系統(tǒng)，將其系統(tǒng)模型、頻譜效率和傳播過程與4G網(wǎng)絡(luò)中所用MIMO天線系統(tǒng)進行對比，闡明其優(yōu)勢。5G網(wǎng)絡(luò)道路上還需要不斷摸索，Verizon，英特爾，高通，華為，愛立信，三星等公司已經(jīng)在為5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行各方面測試，這些測試成果將影響到5G網(wǎng)絡(luò)原則制定。在通信領(lǐng)域，統(tǒng)一通信原則將會極大增進全球通信發(fā)展，因此及早明確5G網(wǎng)絡(luò)核心技術(shù)將對5G移動通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展具備極大意義。 核心詞：5G移動通信網(wǎng)絡(luò)；大規(guī)模天線；全頻譜接入；超密集組網(wǎng)；新型多址ResearchonKeyTechnologyinMobileCommunicationNetworkAbstractMobilecommunicationnetworkdevelopmenthasnowexperiencedatotaloffourgenerations，thefirstgenerationisanalogtechnology，thesecondgenerationtoachieveadigitalvoicecommunications，thethirdgenerationisthe3Gnetwork，hasbeenabletoachievebasicmultimediacommunications，thefourthgenerationisthatwecan’tbeseparatedfromthe4Gnetwork，whichmarksthearrivalofwirelessbroadbandera.The5Gmobilecommunicationnetworkstudiedinthispaperreferstothefifthgenerationofmobilecommunicationnetwork.5Ghasnotenteredourlivesnowandthroughtheexistingof4Gtospeculateaccuratelyknowwhenthepopularityof5Gafteroursocietywillbemuchchange，accordingtothemajororganizations，communicationscompaniesissuedonthe5Gnetworkoftheinformation，whatisthe5Gnetwork，theinternationalrequirementsofthe5Gnetwork，5Gnetworkapplications，thereare5Gnetworktechnologydevelopmentdirection.Thispaperalsoanalyzesthepotentialwirelesstechnologyof5Gnetwork，andintroducesthebasicconcepts，advantagesandchallengesoflarge-scaleantennatechnology，ultra-densenetwork，fullspectrumaccessandnewmultipleaccess.Andthenasinglelarge-scaleantennatechnologytostudy，designasimplelarge-scaleantennasystem，itssystemmodel，spectrumefficiencyandtransmissionprocessand4GusedintheMIMOantennasystemtocompareitsadvantages.5Gontheroadalsoneedstocontinuetoexplore，Verizon，Intel，Qualcomm，Huawei，Ericsson，Samsungandothercompanieshavebeeninthe5Gtechnologyforallaspectsofthetest，thesetestresultswillaffectthe5Gstandarddevelopment.Inthefieldofcommunications，unifiedcommunicationstandardswillgreatlypromotethedevelopmentofglobalcommunications，sotheearlyclear5Gkeytechnologywillbe5Gmobilecommunicationnetworkdevelopmentisofgreatsignificance.Keywords：5Gmobilecommunicationnetwork；massiveMIMO；fullspectrumaccess；ultra-densenetwork；newmultipleaccess目錄摘要 IAbstract II第1章緒論 11.1選題目的和意義 11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 11.3論文內(nèi)容與組織結(jié)構(gòu) 2第2章5G移動通信網(wǎng)絡(luò) 42.15G網(wǎng)絡(luò)簡介 42.25G應用場景 42.2.1車聯(lián)網(wǎng) 52.2.2VR（虛擬現(xiàn)實） 52.2.3遠程醫(yī)療保健 52.2.4物聯(lián)網(wǎng) 62.35G網(wǎng)絡(luò)的要求 62.45G網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)方向 62.55G網(wǎng)絡(luò)面臨的挑戰(zhàn) 7第3章5G網(wǎng)絡(luò)中的一些關(guān)鍵技術(shù) 93.1大規(guī)模天線 93.1.1大規(guī)模天線技術(shù)的應用場景 93.1.2大規(guī)模天線技術(shù)的優(yōu)勢 93.1.3大規(guī)模天線技術(shù)所面臨的挑戰(zhàn) 103.2超密集組網(wǎng) 103.2.1超密集組網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢 103.2.25G網(wǎng)絡(luò)的超密集組網(wǎng)技術(shù)面臨的問題與挑戰(zhàn) 113.3全頻譜接入 113.3.1全頻譜接入的應用場景 123.3.2全頻段接入技術(shù)的優(yōu)勢 123.3.3全頻段接入尚存在的問題 123.4新型多址技術(shù) 13第4章大規(guī)模天線傳輸技術(shù) 144.1大規(guī)模天線系統(tǒng)設(shè)計 144.2系統(tǒng)模型上的優(yōu)勢 144.2.1傳統(tǒng)MIMO系統(tǒng) 154.2.2大規(guī)模天線系統(tǒng) 164.2.3大規(guī)模天線系統(tǒng)的優(yōu)勢 174.3系統(tǒng)頻譜效率上的優(yōu)勢 174.3.1MIMO系統(tǒng)的頻譜效率 174.3.2大規(guī)模天線系統(tǒng)上行鏈路 184.3.3大規(guī)模天線系統(tǒng)下行鏈路 184.3.4大規(guī)模天線系統(tǒng)在頻譜效率上的優(yōu)勢 184.4傳播過程中的優(yōu)勢 194.4.1傳輸關(guān)鍵參數(shù) 194.4.2MIMO系統(tǒng)傳輸原理 194.4.3MIMO系統(tǒng)的缺陷與大規(guī)模天線系統(tǒng)的優(yōu)勢 204.5小結(jié) 20總結(jié) 22參考文獻 23致謝 25外文原文 26中文翻譯 39

第1章緒論1.1選題目和意義移動通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展到當前一共經(jīng)歷了4代，第一代是模仿技術(shù)，第二代實現(xiàn)了數(shù)字化語音通信，第三代是3G網(wǎng)絡(luò)，已經(jīng)可以實現(xiàn)基本多媒體通信，第四代是咱們當前已經(jīng)離不開4G網(wǎng)絡(luò)，其標志著無線寬帶時代到來。而本論文所研究5G移動通信網(wǎng)絡(luò)指正是第五代移動通信網(wǎng)絡(luò)[[][]尤肖虎，潘志文，高西奇.5G移動通信發(fā)展趨勢與若干核心技術(shù)［J］.中華人民共和國科學：信息科學，，44(5)：551－563．4G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)變化了咱們生活，使咱們在可以足不出戶買到美麗服裝和美味食物，使咱們可以更以便遠行，游玩，不再緊張迷路或是無處可居。5G移動通信網(wǎng)絡(luò)是4G網(wǎng)絡(luò)升級版，5G網(wǎng)絡(luò)傳播速度將會更快，傳播功耗將會變得更低，成本也將更低，可以承載更多設(shè)備接入。5G網(wǎng)絡(luò)將會啟動一種全新時代，它瞄準不再僅僅是人與人之間連接，更涉及了人與物，物與物連接，將會實現(xiàn)是整個社會全面互聯(lián)。隨著5G網(wǎng)絡(luò)到來，每種類型通信都會受到很大影響。新5G移動通信網(wǎng)絡(luò)，面對高吞吐量需求不斷增長，需要通過增長無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)量，提高質(zhì)量和服務，并減少價格來滿足社會需求，這些是5G網(wǎng)絡(luò)重要因素。移動網(wǎng)絡(luò)，醫(yī)療保健，互聯(lián)網(wǎng)上各種視頻和音頻，游戲，安全監(jiān)控，以及咱們生活各個方面都將會運用到5G網(wǎng)絡(luò)。它也將在商業(yè)，工業(yè)，學校和社會中發(fā)揮重要作用，改進大學生，醫(yī)生，飛行員和警察生活等等。咱們生活地區(qū)5G網(wǎng)絡(luò)最大長處之一是其可以建立全球網(wǎng)絡(luò)。這個全球網(wǎng)絡(luò)是基于所有可用通信。考慮可穿戴設(shè)備人造智能可用性，可以協(xié)助咱們監(jiān)測咱們身體活動，如心臟速率，血壓和大腦活動，并在線保持與中央衛(wèi)生保健中心溝通。5G移動通信系統(tǒng)想要滿足移動互聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)需求，最核心兩點：迅速，低功耗。而想要實現(xiàn)這兩點，最重要是對5G網(wǎng)絡(luò)核心技術(shù)選取。5G移動通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)需要足夠技術(shù)支持，而5G網(wǎng)絡(luò)無線技術(shù)是支持5G網(wǎng)絡(luò)成功構(gòu)建基石性技術(shù)，只有其無線核心技術(shù)保證達到目的，才有也許實現(xiàn)整個社區(qū)5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋。5G移動通信系統(tǒng)所需要加強重要是無線技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)兩個方面。本文重要討論了5G網(wǎng)絡(luò)無線技術(shù)潛在核心技術(shù)，依照國際主流組織機構(gòu)發(fā)布關(guān)于5G網(wǎng)絡(luò)最新信息，將5G網(wǎng)絡(luò)所潛在無線核心技術(shù)，進行簡介，并選取其中之一，解釋其原理，應用場景，優(yōu)勢和問題。盡快明確5G網(wǎng)絡(luò)概念，技術(shù)方向和其核心技術(shù)，這將對匯集全球產(chǎn)業(yè)力量，增進5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展具備十分重要意義[[]IMT-(5G)PromotionGroup.5G[]IMT-(5G)PromotionGroup.5G無線技術(shù)架構(gòu)白皮書[R]..1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀移動通信具備全球統(tǒng)一工業(yè)生態(tài)，形成國際統(tǒng)一5G移動通信網(wǎng)絡(luò)原則已成為通信行業(yè)共同聲音。國際電聯(lián)于推出了5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)性能規(guī)定和評估方式，籌劃于底開始5G網(wǎng)絡(luò)候選方案收集，并且將在底實現(xiàn)原則制定。同步國際上各個國家為了獲得5G網(wǎng)絡(luò)原則技術(shù)制定權(quán)，進行著激烈競爭。美國：7月，紐約大學設(shè)立了政府和商業(yè)組織5G聯(lián)盟。9月7日，美國移動公司Verizon宣布，開始5G通信網(wǎng)絡(luò)試用，并在于美國某些都市使用。7月，美國通信委員會宣布，將為5G網(wǎng)絡(luò)通信開通24GHz以上頻段，并發(fā)布無線電通信研究籌劃（AWRI），以增進5G網(wǎng)絡(luò)研究與發(fā)展，并擬定將來七年投資4億美元用于5G通信網(wǎng)絡(luò)研究，并且AWRI將在FCC容許5G網(wǎng)絡(luò)頻率范疇內(nèi)，在4個都市中進行5G網(wǎng)絡(luò)實驗。歐盟：9月，歐盟成立了國際頂尖5G創(chuàng)新中心。在移動世界大會上，歐盟委員會和歐洲技術(shù)行業(yè)提出了關(guān)于發(fā)展歐洲5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和構(gòu)建5G網(wǎng)絡(luò)基本設(shè)施愿景。一年后，歐洲數(shù)字經(jīng)濟與社會事務專人在移動世界大會上宣布，歐洲已經(jīng)開始制定一這項行動籌劃，到在歐盟布置5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。7月，歐洲通信行業(yè)發(fā)布了《5G宣言》，11月10日發(fā)布了歐洲5G網(wǎng)絡(luò)頻譜戰(zhàn)略，擬定5G網(wǎng)絡(luò)初期頻譜布置籌劃。日本：10月，日本無線工業(yè)和商貿(mào)聯(lián)會設(shè)立了5G研究組,研究5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成與無線接入技術(shù)。5月，日本NTT其她各國通信公司展開5G網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合實驗，并在11月，該公司實行5G網(wǎng)絡(luò)實驗中，在商業(yè)區(qū)以70GHz頻段接受到信號，實現(xiàn)了超過2Gbit/s無線傳播。韓國：6月韓國成立5G論壇，并提出5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展戰(zhàn)略。1月，韓國宣布投資1.6萬億韓元用以5G網(wǎng)絡(luò)核心技術(shù)開發(fā)。7月，韓國電信和美國Verizon運營商在關(guān)于5G移動通信網(wǎng)絡(luò)中形成統(tǒng)一原則，加速了韓國5G移動通信網(wǎng)絡(luò)商業(yè)化。10月，韓國移動運營商SK電訊聲明，將在韓國成立5G移動通信網(wǎng)絡(luò)研討中心。中華人民共和國：2月，國內(nèi)政府部門工業(yè)和信息部、科技部成立了“IMT-推動組”，提出中華人民共和國將在5G網(wǎng)絡(luò)原則制定中，發(fā)揮主導作用目的。1月，國內(nèi)臺灣地區(qū)進行了5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展產(chǎn)業(yè)和方略會議，并成立了專門部門來推動5G網(wǎng)絡(luò)長期發(fā)展。5月31日，由美洲5GAmerica、日本5GMF、韓國5G論壇、歐盟5GPPP、中華人民共和國IMT-推動組聯(lián)合主辦第一屆國際性5G大會在北京召開。1月，由國內(nèi)工業(yè)和信息部刊登《信息通信行業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中明確指出，支持5G網(wǎng)絡(luò)研究和有關(guān)技術(shù)測試，加快5G網(wǎng)絡(luò)頻譜規(guī)劃。3月，政府工作報告中指出要加快5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研發(fā)。1.3論文內(nèi)容與組織構(gòu)造本篇論文重要是簡介5G移動通信系統(tǒng)概念并分析和對比5G網(wǎng)絡(luò)無線核心技術(shù)。第一章重要簡介本文選題目和意義，簡樸簡介了通信領(lǐng)域發(fā)展，當前國際上各國和各組織對5G移動通信網(wǎng)絡(luò)研究與進展。第二章專門對5G網(wǎng)絡(luò)進行了簡介，什么是5G網(wǎng)絡(luò)、5G網(wǎng)絡(luò)標志、5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)指標、應用場景、技術(shù)方向、尚有5G網(wǎng)絡(luò)所面臨挑戰(zhàn)。第三章將簡介四種5G移動通信系統(tǒng)潛在無線核心技術(shù)，并進行應用場景、技術(shù)優(yōu)勢、面臨挑戰(zhàn)上分析，使閱讀本篇論文各位學者對大規(guī)模天線技術(shù)、全頻段接入技術(shù)、超密集組網(wǎng)技術(shù)和新型多址有所認知。第四章將前面所提到大規(guī)模天線技術(shù)專門提出來進行較為詳細分析，將其系統(tǒng)模型與老式天線技術(shù)進行對比，并從大規(guī)模天線系統(tǒng)頻譜效率，傳播過程等方面進行研究，將其與老式天線技術(shù)MIMO技術(shù)進行對比，闡明大規(guī)模天線技術(shù)所具備優(yōu)勢。第五章為全文總結(jié)，總結(jié)本文所簡介內(nèi)容與進行工作。第2章5G移動通信網(wǎng)絡(luò)2.15G網(wǎng)絡(luò)簡介5G網(wǎng)絡(luò)是指第五代移動通信網(wǎng)絡(luò)。5G移動通信網(wǎng)絡(luò)將會形成一種萬物連接系統(tǒng)，創(chuàng)立一種完全移動和完全關(guān)聯(lián)社會。5G網(wǎng)絡(luò)重要涉及生態(tài)，客戶和商業(yè)模式三個方面，在5G移動通信網(wǎng)絡(luò)當中將軟件和硬件分開研究，并引入數(shù)據(jù)中心云化，虛擬化概念[[]TULLBERGH，POPOVSKIP，GOZALVEZ-SERRANOD，etal.METISsystemconcept：theshapeof5Gtocome[J].IEEECommunicationsMagazine，.[]TULLBERGH，POPOVSKIP，GOZALVEZ-SERRANOD，etal.METISsystemconcept：theshapeof5Gtocome[J].IEEECommunicationsMagazine，.到當前還沒有官方5G網(wǎng)絡(luò)，也沒有全球統(tǒng)一原則，盡管它們正在進行中。詳細原則也許因源而異，但都指向相似類型改進：更迅速度，更高容量，更高可靠性，更低延遲。5G網(wǎng)絡(luò)預期速度范疇為千兆位到幾十千兆，但在這個時候，咱們還不懂得真正5G網(wǎng)絡(luò)將如何。5G移動通信網(wǎng)絡(luò)將對智能技術(shù)產(chǎn)生巨大影響，其速度，延遲，網(wǎng)絡(luò)彈性和電力消耗均有所改進，特別是容許各種設(shè)備和傳感器實時有效地通信。5G網(wǎng)絡(luò)會使物聯(lián)網(wǎng)應用成本減少諸多。Verizon，英特爾，高通，華為，愛立信，三星等公司已經(jīng)在為5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行各方面測試，這些測試成果將影響到5G原則制定。5G移動通信網(wǎng)絡(luò)將會使用毫米波來傳播信息，這是5G移動通信網(wǎng)絡(luò)提高速度核心。由于毫米波波長短，可以縮小發(fā)射天線和接受信天線尺寸，這為大規(guī)模天線系統(tǒng)布置提供了支持。2月9日，國際通信原則組織發(fā)布了5G移動通信網(wǎng)絡(luò)Logo。如圖2.1所示圖2.15GLogo2.25G應用場景5G網(wǎng)絡(luò)應用場景如圖2.2所示，所有事物都互有關(guān)聯(lián)，人與事物，事物與事物連接。數(shù)據(jù)云化，遠程操作不再受空間約束。VR（虛擬現(xiàn)實）、AR（增強現(xiàn)實）等將成為主流設(shè)備，無人駕駛車輛將會真正實現(xiàn)。獲取內(nèi)容方式更多將是視頻，直播等形式。正如兩個世紀前工業(yè)革命期間新技術(shù)出當前變化了咱們生活，今天咱們正在經(jīng)歷另一次技術(shù)革命，5G網(wǎng)絡(luò)將使咱們都市環(huán)境當代化，以配合咱們生活[[][]中興通訊.Pre5G,用技術(shù)創(chuàng)新勾畫5G藍圖[J].通信產(chǎn)業(yè)報,(34).圖2.25G網(wǎng)絡(luò)應用場景2.2.1車聯(lián)網(wǎng)無人駕駛。當咱們做在車上時，汽車可以自動檢測出路上風險，如果汽車行駛時離前方車輛很近，將會減少駕駛速度到安全距離。并且在車輛并行過程，能判斷和自動調(diào)節(jié)左右車距離，大大提高交通安全。而在這種行駛中，需要具備超高速解決能力來解決巨大數(shù)據(jù)。這些將5G移動通信網(wǎng)絡(luò)中得以實現(xiàn)。2.2.2VR（虛擬現(xiàn)實）VR已經(jīng)成為展覽寵兒。但是當前VR還能不能融入咱們生活。只有當5G網(wǎng)絡(luò)時代到來后VR才有也許真正實現(xiàn)普及。 在5G網(wǎng)絡(luò)時代VR將得到真正運用，無線VR設(shè)備，只需要一種頭戴顯示屏，便可以隨時從云端獲取到內(nèi)容，VR需要解決核心問題是如何實現(xiàn)高速運營游戲以及低延遲同步數(shù)據(jù)，這需要5G網(wǎng)絡(luò)所提供高速度和低延時，在5G移動通信網(wǎng)絡(luò)時代VR技術(shù)將會真正應用到生活。2.2.3遠程醫(yī)療保健遠程醫(yī)療與保健，運用應用程序來監(jiān)測身體狀況，自動分析并報告健康狀況，給出合理建議，自動調(diào)節(jié)減輕患者壓力，特別是當病人面臨突發(fā)狀況時，可以運用5G網(wǎng)絡(luò)超高可靠性和極低延遲，遠程控制對病人進行簡樸治療。5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將使遠程醫(yī)療和保健將得到廣泛應用。遠程醫(yī)療保健也許徹底變化當代醫(yī)療機構(gòu)運作方式，醫(yī)療服務將與網(wǎng)絡(luò)密切有關(guān)，通過連接和裝備構(gòu)成遠程醫(yī)療保健生態(tài)系統(tǒng)，使使患者病情能被及時采集并能分析得出結(jié)論。2.2.4物聯(lián)網(wǎng) 在關(guān)于5G網(wǎng)絡(luò)討論中，物聯(lián)網(wǎng)是最熱門話題。人和機器間通信將更加以便，幾乎沒有延遲。更高帶寬和速度，能使機器可以更迅速地解決大量命令并迅速反饋。智能應用也將在尋常生活中隨處可見，如停車場，體育館，購物網(wǎng)站智能轉(zhuǎn)型。5G網(wǎng)絡(luò)將帶給物聯(lián)網(wǎng)將來，實現(xiàn)萬物互聯(lián)，智慧都市。2.35G網(wǎng)絡(luò)規(guī)定5G網(wǎng)絡(luò)目的是提供一種很高數(shù)據(jù)傳播速率給眾多顧客。它還支持模仿用于布置大量傳感器連接。相比4G，5G移動通信網(wǎng)絡(luò)頻譜效率有明顯提高。電信領(lǐng)域始終在經(jīng)歷新一代移動網(wǎng)絡(luò)，幾乎每浮現(xiàn)1代。預測在5G網(wǎng)絡(luò)時代，通信網(wǎng)絡(luò)將擁有更高峰值比特率，能同步解決更多數(shù)據(jù)，連接更多設(shè)備，更高頻譜效率，更低電池消耗，更低停機概率，更高覆蓋范疇和更大比特率，更低延遲，較低基本架構(gòu)布置成本和更高安全性。5G移動通信網(wǎng)絡(luò)籌劃布置時間是[[]LIY，WANGQ，ZHONGZD.IEEEInternationalSymposiumonAntennasandPropagation&USNC/URSINationalRadioScienceMeeting.c:1808-1809[]LIY，WANGQ，ZHONGZD.IEEEInternationalSymposiumonAntennasandPropagation&USNC/URSINationalRadioScienceMeeting.c:1808-1809NextGenerationMobileNetworkAlliance（下一代移動網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟）定義了5G網(wǎng)絡(luò)如下規(guī)定：（1）數(shù)萬顧客同步使用時，數(shù)據(jù)傳播速率達到10Mbps；（2）同步向同一樓層辦公人員提供服務時，數(shù)據(jù)傳播速率達到1Gbps;（3）支持數(shù)十萬個設(shè)備同步連接，支持大量傳感器網(wǎng)絡(luò)布置;（4）頻譜效率顯著提高;（5）覆蓋率高于4G;（6）加強信號效率;（7）延遲顯著低于LTE。2.45G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方向5G網(wǎng)絡(luò)中尚有許多潛在無線技術(shù)[[]GUPTAA，JHARK.Asurveyof5Gnetwork：architectureandemergingtechnologies[J].IEEEAccess,，3:1206-1232]正在研究，依照國際上對通信需求，[]GUPTAA，JHARK.Asurveyof5Gnetwork：architectureandemergingtechnologies[J].IEEEAccess,，3:1206-1232C=Blog2(1+S/N)（2-1）公式（2-1）中B是信道帶寬（Hz），S是信號功率（W），N為噪聲功率（W），C是最大傳播速率（bit/s）。由公式可以看出，信道傳播速率C與信道帶寬B正有關(guān)，為了提高最大傳播速率C需要增大信道帶寬B。圖2.35G網(wǎng)絡(luò)提高速率三個基本方向提高傳播速率是5G移動通信網(wǎng)絡(luò)核心，如圖2.3所示，提高傳播速率重要有三個方向：（1）更密集布局，單位面積內(nèi)增長基站或小型終端數(shù)量。（2）擴展新頻譜范疇，使用新頻段。（3）提高頻譜效率，通過大規(guī)模天線技術(shù)，提高使每單位頻譜資源傳播速率上升。2.55G網(wǎng)絡(luò)面臨挑戰(zhàn)整合各種原則，提供共同平臺并建立適當基本設(shè)施是5G網(wǎng)絡(luò)是設(shè)計中最重要挑戰(zhàn)。在建立5G無線網(wǎng)絡(luò)時，需要在三個重要類別下解決問題。一方面，從預期5G網(wǎng)絡(luò)，它應當可以提供巨大容量和連接。第二，5G網(wǎng)絡(luò)將支持各種服務，以及與不同生活領(lǐng)域內(nèi)有關(guān)顧客。第三點建立5G網(wǎng)絡(luò)運用所有可用容量，靈活滿足并布置于各種不同網(wǎng)絡(luò)場景。移動網(wǎng)絡(luò)越來越多地覆蓋了咱們尋常溝通各個方面。因此這些網(wǎng)絡(luò)應當可以提供具備恰當QoS[[]AGYAPONGP，IWAMURAM，STAEHLED，etal.Designconsiderationsfora5Gnetworkarchitecture[J].CommunicationsMagazine,IEEE，，52(11)：65-75.]連接并且具備高度可靠和安全。為實現(xiàn)這些目的，[]AGYAPONGP，IWAMURAM，STAEHLED，etal.Designconsiderationsfora5Gnetworkarchitecture[J].CommunicationsMagazine,IEEE，，52(11)：65-75.5G網(wǎng)絡(luò)最后目的是支持所有設(shè)備，從網(wǎng)絡(luò)汽車到可穿戴設(shè)備到家用電器等等。5G網(wǎng)絡(luò)重要目的之一是構(gòu)建智能都市，提供其所需基本設(shè)施。這些聰穎都市將會提供移動工業(yè)自動化，車載連接和其她應用，這些都需要網(wǎng)絡(luò)提供低延遲和高可靠性連接。隨著移動業(yè)務日益多元化，服務范疇越發(fā)廣泛，需要不同性能規(guī)定。圖2.4顯示了一種概述5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)定，如網(wǎng)絡(luò)遍及，延遲和連接數(shù)量。圖2.45G網(wǎng)絡(luò)服務和場景規(guī)定。依照圖2.4，設(shè)計中有幾種重要挑戰(zhàn)，為了滿足提供超高清視頻和虛擬現(xiàn)實應用規(guī)定，5G網(wǎng)絡(luò)應可以支持至少1Gb/s或更高數(shù)據(jù)速率。圖2-4清晰顯示5G網(wǎng)絡(luò)預測將有多大改進以滿足所有規(guī)定：無線接入技術(shù)之間數(shù)據(jù)速率，延遲，切換時間，能源和能源消耗。普通來說，5G網(wǎng)絡(luò)潛在規(guī)定涉及在交通負荷中增長容量，峰值數(shù)據(jù)速率為5-10Gbps，頻譜效率為10bps/Hz，對于顧客，等待時間為1ms，另一種規(guī)定是移動性最高速度高于350公里/小時，切換時間低于10毫秒，網(wǎng)絡(luò)可靠性非常高。

第3章5G網(wǎng)絡(luò)中某些核心技術(shù)3.1大規(guī)模天線，貝爾實驗室，托馬斯在《無線通信》[[]MARZETTATL.Non-cooperativecellularwirelesswithunlimitednumbersofbasestationantennas[J].IEEETransactionsonWirelessCommunications，，9(11)：3590-3600.]中簡介了大規(guī)模多天線技術(shù)（MassiveMIMO）應用在5G移動通信中也許產(chǎn)生效果。大規(guī)模天線技術(shù)可以提高數(shù)百倍系統(tǒng)容量，被業(yè)界以為是5G移動通信網(wǎng)絡(luò)中核心無線技術(shù)。與此前單天線和4/8天線系統(tǒng)相比，大規(guī)模天線技術(shù)可以提高時域、空域和頻域頻譜效率。大規(guī)模天線動態(tài)組合可以使用波束[]MARZETTATL.Non-cooperativecellularwirelesswithunlimitednumbersofbasestationantennas[J].IEEETransactionsonWirelessCommunications，，9(11)：3590-3600.[]E.G.Larsson，F(xiàn).Tufvesson，O.Edfors，andT.L.Marzetta.MassiveMIMOfornextgenerationwirelesssystems.IEEE.3.1.1大規(guī)模天線技術(shù)應用場景大規(guī)模天線系統(tǒng)重要應用場景如圖3.1，分城區(qū)覆蓋和郊區(qū)覆蓋、無線回傳和局部熱點。基站之間基本數(shù)據(jù)傳播、宏站和小型終端之間數(shù)據(jù)傳播問題重要依托無線回傳來解決。較偏僻地區(qū)無線傳播依托郊區(qū)覆蓋來解決，大型賽事、演唱會、商場、交通樞紐等顧客密度高地區(qū)就需要局部熱點來解決傳播問題。圖3.1大規(guī)模天線技術(shù)應用場景3.1.2大規(guī)模天線技術(shù)優(yōu)勢（1）大量提高網(wǎng)絡(luò)容量。其波束賦形定向功能可以極大提高頻譜效率，大幅度提高網(wǎng)絡(luò)容量。（2）可以減少單位硬件成本。波束賦形信號疊加增益功能使得每根天線只需以小功率發(fā)射信號，從而避免使用昂貴大動態(tài)范疇功率放大器，減少了硬件成本。（3）低延時通信。大數(shù)定律造就平坦衰落信道使得低延時通信成為也許。老式通信系統(tǒng)為了對抗信道深度衰落，需要使用信道編碼和交織器，將由深度衰落引起持續(xù)突發(fā)錯誤分散到各個不同步間段上，而這種過程導致接受機需完整接受所有數(shù)據(jù)才干獲得信息，導致時延。在大規(guī)模天線下，得益于大數(shù)定理而產(chǎn)生衰落消失，信道變得良好，對抗深度衰弱過程可以大大簡化，因而時延也可以大幅減少。（4）與毫米波技術(shù)形成互補。毫米波擁有豐富帶寬，但是衰減強烈，而波束賦形則正好可以解決這一問題 3.1.3大規(guī)模天線技術(shù)所面臨挑戰(zhàn)大規(guī)模天線技術(shù)尚有許多問題需要解決，從理論上研究來看，底層研究面臨許多困難。在實際布置中，硬件成本也是必要解決問題之一。如下是某些大規(guī)模天線技術(shù)所需要解決問題： （1）信道預計和建模。在大規(guī)模天線系統(tǒng)中，天線不再固定組合而移動顧客終端也變得更多，使老式信道預計不再實用。天線陣列分派將受到顧客所在位置影響，基站端需要可以依托信道移動性和空間中能量持續(xù)性來實現(xiàn)最佳或更好信道預計。 （2）商業(yè)布置成本控制。隨著5G網(wǎng)絡(luò)基站天線數(shù)量大幅增長，大規(guī)模天線系統(tǒng)將使用更多天線，為了控制成本，需要解決在不同狀況下應當布置多少天線問題，在布置前控制好成本。將大規(guī)模多天線系統(tǒng)設(shè)計，制造，安裝，等成本減少，使商業(yè)布置得以實現(xiàn)。3.2超密集組網(wǎng)為了滿足將來移動網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量增大數(shù)百倍，將顧客體驗速率提高數(shù)百倍規(guī)定，除了增長頻譜帶寬和使用大規(guī)模天線技術(shù)提高頻譜效率，提高空間重用限度也是提高5G網(wǎng)絡(luò)無線系統(tǒng)容量有效辦法。此前無線通信網(wǎng)絡(luò)采用單元劃分方式來減社區(qū)半徑，但是隨著當代社區(qū)覆蓋減小，單元劃分變得難以實現(xiàn)，需要超密集網(wǎng)技術(shù)，在數(shù)據(jù)使用量大區(qū)域放置小型基站。構(gòu)造如圖3.2所示。圖3.2超密集組網(wǎng)構(gòu)造示意簡圖面對移動通信網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)使用大幅度增長問題，使用超密集組網(wǎng)技術(shù)是一種有效辦法[[]楊峰義[]楊峰義，張建敏，謝偉良，等.5G蜂窩網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分析[J].電信科學，，31(5)：46-超密集組網(wǎng)技術(shù)優(yōu)勢（1）移動性能提高由于小型基站布置在宏基站內(nèi)部，可以始終保持宏基站與微基站之間連接。微基站可以給顧客提供連接，顧客通過小型微基站就可以實現(xiàn)信息添加，修改和刪除。（2）資源運用率提高宏基站可以通過統(tǒng)一控制和管理小型基站，對小型基站動態(tài)開/關(guān)等予以協(xié)調(diào)管理，進行優(yōu)化控制，提高整體網(wǎng)絡(luò)容量和資源使用效率，減少能耗。超密集組網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以使終端在某些地區(qū)和發(fā)射節(jié)點之間距離變得更近，可以得到更多頻譜，提高業(yè)務效率、頻譜效率、大大提高系統(tǒng)容量[[]LIQC，NIUHN，PAPATHANASSIOUAT，etal.5Gnetwork[]LIQC，NIUHN，PAPATHANASSIOUAT，etal.5Gnetworkcapacity：keyelementsandtechnologies[J].IEEEVehicularTechnologyMagazine，，9(1)：71-5G網(wǎng)絡(luò)超密集組網(wǎng)技術(shù)面臨問題與挑戰(zhàn)（1）干擾現(xiàn)象在超密集組網(wǎng)中，由于各個節(jié)點之間距離很小，信號將會將會互相干擾，重要類型是：共享頻譜資源之間干擾，相似頻率之間干擾。在實際應用中，如何有效進行節(jié)點之間協(xié)作，消除干擾已經(jīng)成為一種核心問題，而當前業(yè)界提出一系列技術(shù)方案，尚未得到驗證，效果依然需要測試。（2）信令負荷將小型基站大量布置，使信號所覆蓋區(qū)域變得更加不規(guī)則，覆蓋區(qū)域邊界數(shù)量增長，使信號需要通過更多變換和切換。4G所使用分布式互換算法信令負載會隨著覆蓋密度增長以二次方趨勢增長，這大大增大了網(wǎng)絡(luò)控制信令負載。當前超密集組網(wǎng)如何減少信令負荷是必要解決問題[[]YANGFY，WANGH，MEIC，etal.Aflexiblethreeclouds[]YANGFY，WANGH，MEIC，etal.Aflexiblethreeclouds5GmobilenetworkarchitecturebasedonNFV&SDN[J].CHINACommunication，3.3全頻譜接入全頻譜接入技術(shù)是指通過有效使用各種通信頻段：高頻段和低頻段、持續(xù)頻譜和不持續(xù)頻譜等資源來提高數(shù)據(jù)傳播速度和效率。所涉及頻帶涉及低于6GHz低頻帶和6-100GHz頻帶。選取頻段時應遵循如下原則[[]IMT-(5G)PromotionGroup.whitepaper，wirelesstechnologyarchitecturefor5G[R]..[]IMT-(5G)PromotionGroup.whitepaper，wirelesstechnologyarchitecturefor5G[R].. （1）候選頻段需要支持移動業(yè)務，并與頻段內(nèi)其她既有業(yè)務兼容，以避免不同系統(tǒng)之間干擾。 （2）候選頻段需要具備寬自由持續(xù)頻譜，以滿足5G網(wǎng)絡(luò)高速率傳播。 （3）候選頻帶需要具備良好傳播特性。由于衛(wèi)星，廣播，和地面各種服務使用頻譜密集分布在6GHz如下，如圖3.3所示5G網(wǎng)絡(luò)頻譜資源在6GHz以內(nèi)可以用于低頻帶頻譜資源極為有限，無法滿足5G網(wǎng)絡(luò)開發(fā)需求，必要開發(fā)6GHz以上高頻段。超過6GHz持續(xù)頻譜資源非常豐富，非常適合將來增強移動寬帶高速持續(xù)大寬帶需求[[]高頻通信研究報告[R].中華人民共和國電信股份有限公司..[]高頻通信研究報告[R].中華人民共和國電信股份有限公司..圖3.36GHz以內(nèi)頻譜資源使用狀況3.3.1全頻譜接入應用場景全頻譜接入技術(shù)覆蓋了較大頻率范疇，頻段間具備不同特點和優(yōu)勢，通過頻譜資源靈活布置，全頻譜接入技術(shù)將滿足將來5G網(wǎng)絡(luò)需求三大場景[[]3GPPTR38.900.Channelmodelforfrequencyspectrumabove6GHz[S]..[]3GPPTR38.900.Channelmodelforfrequencyspectrumabove6GHz[S].. （1）EMBB（增強型移動寬帶）場景：6GHz如下低頻帶資源傳播特性更適合滿足增強覆蓋需要，而高頻帶提供持續(xù)大帶寬，盡管高頻帶衰減很大，覆蓋面不好，但可以布置在熱點區(qū)域，以提高速率和系統(tǒng)容量。因此高頻和低頻協(xié)作是滿足EMBB場景基本手段。 （2）MMTC（大規(guī)模機器類通信）場景：由于大規(guī)模機器類通信速率規(guī)定較低，但對于覆蓋范疇有較高需求，故MMTC場景重要使用不大于6GHz，特別是低于1GHz頻帶。已經(jīng)擬定，在物聯(lián)網(wǎng)中使用800M和900M頻帶中窄帶頻帶，可以滿足大規(guī)模機器通信需求。 （3）UMTC（超可靠和低延遲通信）場景：UMTC場景需要超高可靠性，因而頻段選取將獨立分派授權(quán)頻譜。3.3.2全頻段接入技術(shù)優(yōu)勢理解每個頻段特性是設(shè)計通信系統(tǒng)基本，國際上對6GHz如下頻段頻譜特性進行了諸多研究，并且高頻渠道特點研究已經(jīng)成為全頻譜接入技術(shù)核心項目。通過研究5G網(wǎng)絡(luò)候選頻帶信道傳播特性并組合信道測量成果，構(gòu)建高頻信道模型，分析每個頻點使用場景，選取最適當頻帶[[]ITU-RreportM.TechnicalfeasibilityofIMTinbandsabove6GHz[S]..][]ITU-RreportM.TechnicalfeasibilityofIMTinbandsabove6GHz[S]..在高低混頻網(wǎng)絡(luò)中，使用了控制面和數(shù)據(jù)面分離技術(shù)，當終端處在數(shù)據(jù)密集區(qū)域時，由低頻蜂窩網(wǎng)絡(luò)來負責控制面?zhèn)鞑ィ哳l蜂窩網(wǎng)絡(luò)負責數(shù)據(jù)傳播。而當終端在非高頻基站覆蓋非是數(shù)據(jù)密集區(qū)時，控制面和數(shù)據(jù)面通過低頻蜂窩網(wǎng)絡(luò)傳播。高頻混合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使用可以有效地解決熱點面積速率和流量規(guī)定，而低頻基站廣泛覆蓋可以減少基站數(shù)量，減少網(wǎng)絡(luò)布置所需成本。3.3.3全頻段接入尚存在問題與低頻設(shè)備技術(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈相比，移動終端高頻設(shè)備研究還處在起步階段。當前6-100GHz元件在微波產(chǎn)品已經(jīng)得到廣泛使用，但既有移動終端硬件技術(shù)不能支持高于6GHz高頻帶。高頻帶對于硬件沖擊重要在于射頻模塊，其中支持高頻射頻芯片需要修改射頻核心，將導致整個射頻芯片設(shè)計變化。當前支持高頻射頻前端還沒有實現(xiàn)小型化，無法集成到手機等小型移動終端。此外，隨著頻率增長，天線尺寸會減小，這將有助于大規(guī)模天線技術(shù)布置，將來移動終端也可以通過集成更多天線來實現(xiàn)性能。當前，高頻設(shè)備存在諸多問題，設(shè)計難度大，設(shè)備成本高，需要開發(fā)5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和加大產(chǎn)業(yè)鏈投資[[]ITU-RM2083-0.IMTVision–FrameworkandoverallobjectivesofthefuturedevelopmentofIMTforandbeyond[S]..[]ITU-RM2083-0.IMTVision–FrameworkandoverallobjectivesofthefuturedevelopmentofIMTforandbeyond[S]..3.4新型多址技術(shù)移動通信多址接入技術(shù)是為了滿足多顧客同步通信需求，在顧客同步通話時，可以防止互相干擾[[][]謝顯中．第5代移動通信基本規(guī)定與新型多址復用技術(shù)［J］．重慶郵電大學學報：自然科學版，，27(04)：435－440．依照信道類型，可以使用特定多址技術(shù)進行通信。多址接入技術(shù)是當代移動通信系統(tǒng)一種重要特性，在很大限度上，多址接入技術(shù)是移動通信技術(shù)發(fā)展核心。下表3.1為四種新型多址技術(shù)：表3.1四種多址技術(shù)比較多址技術(shù)核心技術(shù)長處缺陷非正交多址接入（NOMA）1SIC（串行干擾刪除）檢測2功率域復用1無明顯遠近效應2上下鏈路頻譜效率提高3下行鏈路吞吐量提高1.接受機復雜度高2.功率復用技術(shù)仍在研究中稀疏編碼多址接入技術(shù)（SCMA）1低密度簽名算法2高維調(diào)制技術(shù)3通過MPA進行近似最優(yōu)檢測1頻譜效率提高3倍以上2上行鏈路系統(tǒng)容量提高3相較于OFDMA，下行鏈路社區(qū)吞吐量提高，增益提高1最優(yōu)碼設(shè)計和實現(xiàn)比較難2顧客間干擾增長圖分多址接入（PDMA）1適合復雜度SIC聯(lián)合/整體設(shè)計2低復雜度最大似然SIC檢測1下行鏈路頻譜效率提高1.5倍2上行鏈路系統(tǒng)容量提高2-3倍1圖樣設(shè)計和最優(yōu)化實現(xiàn)較難2顧客間干擾增長。多顧客共享接入（MUSA）1SIC檢測2復數(shù)域多元碼3疊加編碼和疊加信號擴頻技術(shù)1較低塊出錯率2支持大規(guī)模顧客接入量1傳播信號設(shè)計比較難2顧客間干擾增長

第4章大規(guī)模天線傳播技術(shù)4.1大規(guī)模天線系統(tǒng)設(shè)計大規(guī)模天線系統(tǒng)中，受到5G毫米波技術(shù)影響，使得天線尺寸可以足夠小，在單位面積內(nèi)可以布置大量天線，依照以往4G所采用8根天線MIMO系統(tǒng)[[]F.Rusek，D.Persson，E.G.Larsson，T.L.Marzetta.ScalingupMIMO：Opportunitiesandchallengeswithvery[]F.Rusek，D.Persson，E.G.Larsson，T.L.Marzetta.ScalingupMIMO：Opportunitiesandchallengeswithverylargearrays.IEEESignalProcess..圖4.1大規(guī)模天線系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計設(shè)計大規(guī)模天線系統(tǒng)如圖4.1，在該大規(guī)模天線系統(tǒng)中，實現(xiàn)空間分集和空間復用功能是以子天線塊為單位，每個子天線塊相稱于多天線中每個子天線，圖4.1中所示每個終端，至少接受2個子天線塊發(fā)送信號以實現(xiàn)空間分集。運用10個子天線塊來支持4個終端，使該大規(guī)模天線系統(tǒng)可實現(xiàn)空間復用。而實現(xiàn)波束賦形功能同樣是以子天線塊為單位，每個子天線塊是一種陣元數(shù)為n×m×q陣列模塊，因此圖4.1中每個子天線塊發(fā)送信號都是賦形波束。該系統(tǒng)中，由N×M個子天線塊構(gòu)成多天線是一種二維系統(tǒng)，由n×m×q陣元構(gòu)成陣列是一種三維系統(tǒng)，因此，該大規(guī)模MIMO天線中總陣元數(shù)為N×M×n×m×q，是一種真正大規(guī)模天線系統(tǒng)。4.2系統(tǒng)模型上優(yōu)勢將老式MIMO系統(tǒng)和該大規(guī)模天線系統(tǒng)系統(tǒng)模型進行對比，從基本模型對比來闡明大規(guī)模天線系統(tǒng)優(yōu)勢。4.2.1老式MIMO系統(tǒng)MIMO技術(shù)在通信領(lǐng)域初期便已經(jīng)被提出，其可以增強通信。老式通信系統(tǒng)，一開始為單對單，即只有一種發(fā)射端，一種接受端，隨著通信系統(tǒng)不斷發(fā)展，天線系統(tǒng)也在不斷發(fā)展，先后浮現(xiàn)了多輸入對單輸出天線系統(tǒng)和單輸入對多輸出天線系統(tǒng)，并在20世紀90年代中期，多輸入多輸出天線系統(tǒng)，MIMO（MultipleInputMultipleOutput）系統(tǒng)應時而生。多輸入多輸出天線系統(tǒng)對為通信系統(tǒng)頻譜效率提高極為有效，MIMO系統(tǒng)成為通信領(lǐng)域中不可缺失重要構(gòu)成。（1）MIMO系統(tǒng)模型MIMO系統(tǒng)如上面所述，為多輸入多輸出天線系統(tǒng)，其在接受端和發(fā)射段都使用各種天線單元，數(shù)據(jù)可以分解并運用各種天線來同步進行發(fā)射和接受，這種將數(shù)據(jù)先分解成小片段，然后并行發(fā)射，接受后在恢復，可以極大提高傳播速率。圖4.2MIMO系統(tǒng)簡化模型MIMO系統(tǒng)傳播模型如圖4.2示，在MIMO天線系統(tǒng)發(fā)射端有M根發(fā)射天線，在MIMO系統(tǒng)接受段有N根接受天線，這樣，整個天線傳播鏈路就可以達到M×N條，用H來表達.H=h11…h(huán)1m???hn1其中H∈CN×M，Hnm表達第n根天線發(fā)射到第m根天線通信r=Hy+n（4其中y∈CM×1表達發(fā)射端發(fā)送數(shù)據(jù)，4.2.2大規(guī)模天線系統(tǒng) 大規(guī)模天線系統(tǒng)在第三章已經(jīng)進行過簡樸簡介，大規(guī)模天線系統(tǒng)是一種形式MU-MIMO（多顧客多入多余）系統(tǒng)，其中基站端天線數(shù)量諸多。在大規(guī)模天線系統(tǒng)中，數(shù)百或數(shù)千個基站天線同步為相似頻率數(shù)十或數(shù)百個顧客提供服務資源。大規(guī)模天線中基站某些將裝備大量天線，大概100及以上，并可以同步服務某一單天線終端，大規(guī)模天線系統(tǒng)天線構(gòu)造如圖4.3所示。圖4.3大規(guī)模天線技術(shù)構(gòu)造（2）大規(guī)模天線系統(tǒng)系統(tǒng)模型如圖4.4所示圖4.4大規(guī)模天線系統(tǒng)簡化模型 如圖4.4所示大規(guī)模天線系統(tǒng)[[]C.Shepard，H.Yu，N.Anand，L.E.Li，T.L.Marzetta，R.Yang，andL.Zhong，“Argos：Practicalmany-antennabasestations,”inProc.ACMInt.Conf.MobileComputingandNetworking，Aug.]，當有L個社區(qū)時，在社區(qū)基站端布置N根天線，同步為隨機分布到社區(qū)中K個終端提供服務。對[]C.Shepard，H.Yu，N.Anand，L.E.Li，T.L.Marzetta，R.Yang，andL.Zhong，“Argos：Practicalmany-antennabasestations,”inProc.ACMInt.Conf.MobileComputingandNetworking，Aug.Hj,l=h1,J.K.L?h 其中Gi,l=g1,j,1,l?g1,j,n,lDi,j=dj,1,l?0???4.2.3大規(guī)模天線系統(tǒng)優(yōu)勢依照MIMO系統(tǒng)模型和該大規(guī)模天線系統(tǒng)模型對比，該大規(guī)模天線系統(tǒng)基站端天線數(shù)量有大幅度增長，并且可以通過社區(qū)基站為另一社區(qū)提供服務。依照最基本天線系統(tǒng)信道矩陣便可以看出大規(guī)模天線系統(tǒng)通信鏈路有明顯增長，可以在同一時間傳播更多信息。4.3系統(tǒng)頻譜效率上優(yōu)勢本節(jié)重要通過簡樸簡介MIMO系統(tǒng)頻譜效率和大規(guī)模天線系統(tǒng)頻譜效率來從信息傳播容量上闡明大規(guī)模天線系統(tǒng)優(yōu)越性。頻譜效率是指在通信系統(tǒng)中帶寬限制下，可以傳送數(shù)據(jù)總量。它是在有限頻譜下，物理層通信合同能達到使用效率量度[[]G.Miao，J.Zander，K-WSung[]G.Miao，J.Zander，K-WSung.MobileDataNetworks，CambridgeUniversityPress，ISBN，.4.3.1MIMO系統(tǒng)頻譜效率MIMO天線系統(tǒng)在發(fā)射端裝備N條天線，在接受端裝備M條天線，當一定期間內(nèi)通信鏈路不變時，系統(tǒng)頻譜效率[[]GoldsmithA，[]GoldsmithA，JafarSA，JindalN，etal.CapacitylimitsofMIMOchannels[J].SelectedAreasinCommunications，IEEEJournalon，，21(5)：684-702C=log2(detInSNR表達信噪比，H為通信信道，N為發(fā)射端天線數(shù)。當天線信道具備良好非相干性時，可以看作為min?(M,N)個并行子信道,每個子信道理論上都擁有shannon（香農(nóng)限）信道容量極限。相對于MIMO天線系統(tǒng)之前天線系統(tǒng)，MIMO天線系統(tǒng)頻譜效率已經(jīng)得到了明顯提高，但是MIMO系統(tǒng)頻譜效率需要特定信道狀態(tài)之下條件才干獲得，在信道有關(guān)性較強MIMO系統(tǒng)中，傳播機制會被破壞，無法再提高系統(tǒng)頻譜效率。4.3.2大規(guī)模天線系統(tǒng)上行鏈路在基站端上行鏈路[[]H.Q.Ngo，E.G.Larsson，andT.L.Marzetta.[]H.Q.Ngo，E.G.Larsson，andT.L.Marzetta.UplinkpowerofmultiuserMIMOwithverylargeantennaarrays.Urbana-Champaign，Illinois，US，Sep.. yu=ρuHxu在公式（4-7）中，xu為所有發(fā)送信號，xku是發(fā)送信號xu中第K個元素，H是上行信道矩陣（單社區(qū)）， 大規(guī)模天線系統(tǒng)頻譜效率為：C=log2(detIN+ρu在過去實驗中已經(jīng)可以檢測出如式（4-8）系統(tǒng)頻譜效率。當在基站端放置大量天線，甚至趨于無窮時，信道向量趨于正交，這時可以無視終端之間干擾。4.3.3大規(guī)模天線系統(tǒng)下行鏈路在大規(guī)模天線系統(tǒng)下行鏈路端[[]M.Kobayashi，N.Jindal，andG.Caire，TrainingandfeedbackoptimizationformultiuserMIMOdownlink，IEEETrans.[]M.Kobayashi，N.Jindal，andG.Caire，TrainingandfeedbackoptimizationformultiuserMIMOdownlink，IEEETrans.Aug..ys=ρsHTxsxs表達從基站端發(fā)送出信號，ns是零均值復高斯分布加性噪聲，ρsC=maxPlog2(detIN+P為正對角矩陣，通過功率配備，可達到最高頻譜效率。天線數(shù)越大，就越容易得到接近信道容量速率。4.3.4大規(guī)模天線系統(tǒng)在頻譜效率上優(yōu)勢結(jié)合上述頻譜效率公式，將公式（4-6）和（4-8）對比，當天線數(shù)量很大時，大規(guī)模天線技術(shù)上行鏈路傳播效率相對于老式MIMO系統(tǒng)頻譜效率有明顯提高。將公式（4-6）和（4-10）對比，天線數(shù)量越大，大規(guī)模天線系統(tǒng)下行鏈路頻譜效率相對于老式MIMO系統(tǒng)越具備優(yōu)勢。大規(guī)模天線系統(tǒng)可以通過增長天線系統(tǒng)中天線數(shù)量來提高通信系統(tǒng)頻譜效率[[]LarssonEG，EdforsO，TufvessonF，etal.fornextgenerationwireless[]LarssonEG，EdforsO，TufvessonF，etal.fornextgenerationwirelesssystems[J].arXivpreprint.面對通信可靠性規(guī)定以及顧客密度始終增長。將來無線通信需要新技術(shù)，大規(guī)模天線系統(tǒng)可以滿足這些需求。考慮上行鏈路傳播（相似參數(shù)可以用于下行鏈路傳播。）有利傳播條件（顧客之間信道向量和基站成對正交），上行鏈路傳播總?cè)萘繛镃sum=Klog2(1+Mρ在（4-11）中，K是復用增益，M為陣列增益。當M和K很大時時，可以獲得很大光譜效率和能量效率，增長K和M，可以同步為更多顧客提供更大數(shù)據(jù)吞吐量。此外，加倍基站端天線數(shù)量，可以將發(fā)射功率減少，而保持原有服務質(zhì)量。4.4傳播過程中優(yōu)勢4.4.1傳播核心參數(shù) 無線數(shù)據(jù)傳播，要考慮核心參數(shù)是無線吞吐量（比特/秒）其定義為：吞吐量=帶寬（Hz）×頻譜效率（位/s/Hz）。顯然，為了提高吞吐量，需要增長帶寬或頻譜效率[[]H.Yin，D.Gesbert，M.Filippou，andY.Liu.Acoordinatedapproachto[]H.Yin，D.Gesbert，M.Filippou，andY.Liu.Acoordinatedapproachtochannelestimationinlarge-scalemultiple-antennasystems.IEEE..在無線通信中，發(fā)射機和接受機之間傳播信號被衰落和衰減是由于多途徑傳播和傳播過程中障礙導致。具備多輸入多輸出天線（MIMO）傳播是一種能用來提高通信可靠性技術(shù)。通過各種天線，可以發(fā)送各種數(shù)據(jù)流，因而，可以顯著改進通信復用增益容量。MIMO系統(tǒng)在過去幾十年中得到了極大關(guān)注當前已被納入幾代新一代無線原則。4.4.2MIMO系統(tǒng)傳播原理如圖4.6所示，在發(fā)送端一方面是對將收集到信息和想要發(fā)送信息進行數(shù)字調(diào)制，使信息變成可以被傳播數(shù)據(jù)，然后再將調(diào)制之后所形成數(shù)據(jù)進行串并之間轉(zhuǎn)換，將一段串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成多段可以同步傳播并行數(shù)據(jù)，再將通過空時編碼后每一段數(shù)據(jù)或幾段數(shù)據(jù)分派給一根天線，最后通過天線將數(shù)據(jù)進行傳播。在接受端，整個過程與發(fā)射順序剛好反過來，是通過天線接受到所需要信息數(shù)據(jù)，然后在反空時編碼，再由并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為串行數(shù)據(jù)，然后通過解調(diào)，將數(shù)據(jù)還原成信息。圖4.6MIMO天線系統(tǒng)傳播過程4.4.3MIMO系統(tǒng)缺陷與大規(guī)模天線系統(tǒng)優(yōu)勢在天線系統(tǒng)中，對信號傳播容量、速率和傳播可靠性提高重要是依賴空間分集，空間復用和波束賦形。其中空間分集是指在基站或終端設(shè)備使用多根天線接受相似信號，用以提高接受到信號質(zhì)量。空間復用是指在同一頻帶上通過接受端和發(fā)射端多根天線同步發(fā)送數(shù)據(jù)，來提高傳播容量。波束賦形是通過對天線陣列某些調(diào)節(jié)，使得天線發(fā)射出來信號具備指向性，其可以減小信號傳播過程中受到干擾，大大提高信號傳播可靠性[[]A.[]A.Pitarokoilis，S.K.Mohammed，andE.G.Larsson.Ontheoptimalityofsingle-carriertransmissioninlarge-scaleantennasystems.IEEEWirelessCommun.Aug.老式MIMO天線系統(tǒng)中，天線尺寸受到實際狀況限制[[]J.Hoydis，S.tenBrink.theUL/DLofcellularnetworks.IEEEJ.Sel.AreasCommun.Feb..]。在4G時代，信號傳播重要頻率不大于3GHz，波長不不大于10厘米，使天線尺寸大小受到限制導致基站和終端上所能布置天線數(shù)很少，而這樣小數(shù)量天線，使得空間復用，空間分集和波束賦形作用受到約束。而在5G網(wǎng)絡(luò)中將信號傳播將采用毫米波，毫米波波長要短多，可以使天線尺寸減小到毫米級，從幾何尺寸上為大規(guī)模天線系統(tǒng)實現(xiàn)提供了基本，可以使基站中建立存在數(shù)十個根，數(shù)千根大規(guī)模天線系統(tǒng)。如圖[]J.Hoydis，S.tenBrink.theUL/DLofcellularnetworks.IEEEJ.Sel.AreasCommun.Feb..4.5小結(jié)在本章中依照4G當前正在使用MIMO系統(tǒng)，設(shè)計了一種可行大規(guī)模天線系統(tǒng)，并從其系統(tǒng)模型、頻譜效率、傳播過程三個方面詳細分析了該大規(guī)模天線系統(tǒng)相對于當前4G所使用MIMO系統(tǒng)所具備優(yōu)勢。在系統(tǒng)模型上該大規(guī)模天線系統(tǒng)中天線布置數(shù)量大大增長，并且在覆蓋區(qū)隨機均勻分布單天線終端，明顯提高了通信鏈路數(shù)量和通信效率。在頻譜效率上由公式（4-6）和（4-8）對比，當天線數(shù)量很大時，該大規(guī)模天線技術(shù)上行鏈路傳播效率相對于老式MIMO系統(tǒng)頻譜效率有明顯提高。將公式（4-6）和（4-10）對比，天線數(shù)量越大，大規(guī)模天線系統(tǒng)下行鏈路頻譜效率相對于老式MIMO系統(tǒng)越具備優(yōu)勢。在傳播方面，通過傳播原理來分析，該大規(guī)模天線技術(shù)能更好實現(xiàn)空間分級，空間復用和波束賦形。并且除了上述方面性能明顯提高外，大規(guī)模天線系統(tǒng)其她方面也有很大提高[[]LuL，LiG，SwindlehurstA，etal.AnoverviewofmassiveMIMO：benefitsandchallenges[J].IEEEJournalofSelectedTopicsinSignalProcessing，，8(5)：742-758.]，國際上各個組織正不斷對其進行研究和實驗。，WIFI和LTE原則覆蓋了8根天線，布置了4個以上網(wǎng)絡(luò)。[]LuL，LiG，SwindlehurstA，etal.AnoverviewofmassiveMIMO：benefitsandchallenges[J].IEEEJournalofSelectedTopicsinSignalProcessing，，8(5)：742-758. 總結(jié)5G網(wǎng)絡(luò)還沒有進入咱們生活，通過既有4G來推測并不能精確得知當5G網(wǎng)絡(luò)普及之后咱們社會將發(fā)生多大變化，本文依照各大組織，通訊公司發(fā)布關(guān)于5G網(wǎng)絡(luò)信息，簡介什么是5G網(wǎng)絡(luò)，國際上對5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)定，5G網(wǎng)絡(luò)應用場景尚有5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展方向。文章中重要還對5G網(wǎng)絡(luò)潛在無線技術(shù)進行分析，簡介大規(guī)模天線技術(shù)、超密集組網(wǎng)、全頻譜接入和新型多址基本概念、優(yōu)勢、挑戰(zhàn)。再單獨針對大規(guī)模天線技術(shù)進行研究，依照4G網(wǎng)絡(luò)使用MIMO天線系統(tǒng)，設(shè)計一種大規(guī)模天線系統(tǒng)，將其系統(tǒng)模型、頻譜效率和傳播過程與4G網(wǎng)絡(luò)中所用MIMO天線系統(tǒng)進行對比，闡明其優(yōu)勢。論文詳細內(nèi)容如下： （1）對5G移動通信系統(tǒng)進行簡樸簡介，闡明什么是5G網(wǎng)絡(luò)，5G網(wǎng)絡(luò)應用場景，尚有5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)指標與技術(shù)方向。 （2）選用5G網(wǎng)絡(luò)無線技術(shù)中潛力最大四種技術(shù)進行簡介，闡明每種技術(shù)應用場景，優(yōu)勢尚有其尚存在問題或面臨挑戰(zhàn)。 （3）針對大規(guī)模天線技術(shù)，結(jié)合當前所使用MIMO天線技術(shù)，設(shè)計一種可以應用與5G網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模天線系統(tǒng)，通過度析它與MIMO天線系統(tǒng)架構(gòu)上區(qū)別，系統(tǒng)頻譜效率差距，尚有傳播方式上不同從原理和應用來充分闡明該大規(guī)模天線技術(shù)相對于老式天線技術(shù)所具備優(yōu)勢。5G網(wǎng)絡(luò)道路上還需要不斷摸索，在通信領(lǐng)域，統(tǒng)一通信原則將會極大增進全球通信發(fā)展，因此及早明確5G網(wǎng)絡(luò)核心技術(shù)將對5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展具備極大意義。

參照文獻致謝四年大學學習和生活將要畫上圓滿句號，回顧這四年來生活，得到了諸多人勉勵和協(xié)助，特別是和教師、同窗一起度過時光，是我人生中最美好回憶。在此，我向人們表達感謝。 一方面感謝我導師郭麗芳。郭教師無論是在課堂上還是在生活中都給我提供了寶貴學習資源，指引我在學習上進步。郭教師嚴謹治學態(tài)度、務實工作作風及高度責任感深深影響著我，必將有益于我后來工作學習和生活。在此，在此向郭教師表達最崇高敬意。另一方面，我要感謝電子科與技術(shù)專業(yè)同窗們給與我關(guān)懷和協(xié)助，特別是我舍友們，她們給了我支持和勉勵，可以說，沒有她們，我大學學習不會有所成績，在此向同窗們表達感謝。我要感謝這幫各位兄弟姐妹們，她們在學習及生活中給了我諸多鼓舞，和人們在一起，我布滿了學習動力，領(lǐng)悟到了生活樂趣，這段美朋情誼，我終身難忘。同步，我要感謝我父母和家人，她們傾盡畢生心血和汗水使我茁壯成長，她們給了我最大支持和勉勵，特別是當面對生活中不順暢，想想父母從小對我教養(yǎng)，總能讓我布滿力量。我父母給我教誨，將會是我畢生財富。此外，我還要感謝自己。在這個夏天，也許將要對自己近年求學生涯說再會了，真是舍不得這樣多好時光，一幕幕難忘時刻纏繞在腦海。感謝百忙中為