5g移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)論文范文(2)
5g移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)論文范文
5g網(wǎng)絡(luò)技術(shù)論文篇三：《淺談5G移動(dòng)通信技術(shù)》
摘要
2013年12月，我國(guó)工信部正式向三大運(yùn)營(yíng)商發(fā)放4G牌照，4G在中國(guó)正式走向商用。在4G技術(shù)剛剛走向商用，全球4G建設(shè)部署方興未艾之時(shí)，5G的研發(fā)工作已經(jīng)如火如荼，2013年2月，歐盟宣布，將撥款5000萬(wàn)歐元，加快5G移動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)劃到2020年推出成熟的標(biāo)準(zhǔn)。三星表示，其5G網(wǎng)絡(luò)已成功在28千兆赫(GHz)波段下達(dá)到了1Gbps，相比之下，當(dāng)前的第四代長(zhǎng)期演進(jìn)(4GLTE)服務(wù)的傳輸速率僅為75Mbps。2013年4月8日博鰲亞洲論壇，中國(guó)移動(dòng)戰(zhàn)略決策咨詢(xún)委員會(huì)主任王建宙表示，從全球情況來(lái)看，4G快速發(fā)展已成為現(xiàn)實(shí)，5G的研究也在快速展開(kāi)和成熟。
關(guān)鍵詞 5G、性能特點(diǎn)、發(fā)展動(dòng)力、演進(jìn)、無(wú)線傳輸、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)
1、簡(jiǎn)要介紹
二十一世紀(jì)以來(lái)，智能終端的普及以及移動(dòng)業(yè)務(wù)應(yīng)用的蓬勃發(fā)展，促使移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)呈現(xiàn)出爆炸式發(fā)展趨勢(shì)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，無(wú)線業(yè)務(wù)流量以每年接近100%的速度增長(zhǎng)，這意味著未來(lái)十年，無(wú)線數(shù)據(jù)流量將增長(zhǎng)1000倍。數(shù)據(jù)表明，2020年后，現(xiàn)階段正在部署的4G技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的移動(dòng)互聯(lián)
網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的發(fā)展需求。這正是5G發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力，未來(lái)的5G將服務(wù)于人們?nèi)粘W(xué)習(xí)工作生活的方方面面，如：無(wú)線支付、移動(dòng)辦公、智能家居、位置服務(wù)、遠(yuǎn)程醫(yī)療等等。同時(shí)，也將與電網(wǎng)、交通、醫(yī)療、家居等傳統(tǒng)行業(yè)深度融合，衍生出大量以物為主體的終端。這些都對(duì)未來(lái)的5G的性能指標(biāo)提出了更多，更高的要求，與4G相比，除了速率、時(shí)延等傳統(tǒng)的空口性能指標(biāo)需要進(jìn)一步提升外，還需要考慮用戶(hù)體驗(yàn)速率、連接數(shù)密度、頻譜效率、能效以及成本等進(jìn)一步體現(xiàn)5G系統(tǒng)的先進(jìn)性的指標(biāo)。
1.1 頻帶利用率高
在 5G 移動(dòng)通信技術(shù)中，高頻段的頻譜資源將被應(yīng)用的更為廣泛，但是在目前科技水平條件下，由于會(huì)受到高頻段無(wú)線電波的穿透能力影響，高頻段頻譜資源的利用效率還是會(huì)受到某種程度的限制，但這不會(huì)影響光載無(wú)線組網(wǎng)、有線與無(wú)線寬帶技術(shù)的融合等技術(shù)的普遍應(yīng)用。
1.2. 通信系統(tǒng)性能有很大提高
傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)理念，是將信息編譯碼、點(diǎn)點(diǎn)之間的物理層面?zhèn)鬏數(shù)燃夹g(shù)作為核心目標(biāo)，而 5G 移動(dòng)通信技術(shù)的不同之處在于，它將更加廣泛的多點(diǎn)、多天線、多用戶(hù)、多小區(qū)的相互協(xié)作、相互組網(wǎng)作為重點(diǎn)的研究突破點(diǎn)，以大幅度提高通信系統(tǒng)的性能。
1.3. 設(shè)計(jì)理念先進(jìn)
在通信業(yè)務(wù)中，占據(jù)主導(dǎo)地位的是室內(nèi)通信業(yè)務(wù)的應(yīng)用，5G 移動(dòng)通信系統(tǒng)的優(yōu)先設(shè)計(jì)目標(biāo)定位在室內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋性能及其業(yè)務(wù)支撐能力上，這將改變傳統(tǒng)移動(dòng)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念。
1.4. 能耗和運(yùn)營(yíng)成本降低
5G 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的“軟”配置設(shè)計(jì)，將是未來(lái)該技術(shù)的重要研究、探索方向，網(wǎng)絡(luò)資源可以由運(yùn)營(yíng)商根據(jù)動(dòng)態(tài)的業(yè)務(wù)流量變化而實(shí)時(shí)調(diào)整，這樣，可以有效降低能耗和網(wǎng)絡(luò)資源運(yùn)營(yíng)成本。
1.5 主要的考量指標(biāo)
5G 通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究，將更為注重用戶(hù)體驗(yàn)，交互式游戲、3D、虛擬實(shí)現(xiàn)、傳輸延時(shí)、網(wǎng)絡(luò)的平均吞吐速度和效率等指標(biāo)將成為考量 5G 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
性能的關(guān)鍵指標(biāo)。
1.6 5G 移動(dòng)通信技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
5G 移動(dòng)通信技術(shù)，作為最新一代的移動(dòng)通信技術(shù)，其應(yīng)用必將大大提高頻譜利用效率及其能效，在資源利用和傳輸速度效率方面較 4G 移動(dòng)通信技術(shù)能提高至少一個(gè)等級(jí)，在系統(tǒng)安全、傳輸時(shí)延、用戶(hù)體驗(yàn)、無(wú)線覆蓋的性能等各個(gè)方面也將得到顯著的提升。5G 移動(dòng)通信技術(shù)結(jié)合其他無(wú)線通信技術(shù)后，將構(gòu)成新一代高效、完美的移動(dòng)信息網(wǎng)絡(luò)，可以滿(mǎn)足未來(lái)十年的移動(dòng)信息網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展需求。不久的將來(lái)，5G 移動(dòng)通信系統(tǒng)一定程度上還將具備較大的靈活性，實(shí)現(xiàn)自我調(diào)整、網(wǎng)絡(luò)自感知等智能化功能，可以有充分的準(zhǔn)備應(yīng)對(duì)未來(lái)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信息社會(huì)的不可預(yù)測(cè)的飛速發(fā)展。
2、主要推動(dòng)力
2.1互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展
移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展是推動(dòng)5G移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?，移?dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是各種新興業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)平臺(tái)，目前現(xiàn)有的固定互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的各種服務(wù)業(yè)務(wù)將通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的方式提供給用戶(hù)，后臺(tái)服務(wù)及云計(jì)算的廣泛應(yīng)用勢(shì)必會(huì)對(duì)5G移動(dòng)通信技術(shù)系統(tǒng)提出較高的要求，尤其是在系統(tǒng)容量要求與傳輸質(zhì)量要求上。5G移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)主要定位在要密切銜接其他各種無(wú)線移動(dòng)通信技術(shù)上，為快速發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)提供全方位和基礎(chǔ)性的業(yè)務(wù)服務(wù)。
就世界各國(guó)的初步估計(jì)，包括5G移動(dòng)通信技術(shù)在內(nèi)的無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，其在網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)能力上的提升勢(shì)必會(huì)在三個(gè)維度上同步進(jìn)行：第一，引進(jìn)先進(jìn)的無(wú)線傳輸技術(shù)之后，網(wǎng)絡(luò)資源的利用率將在4G移動(dòng)通信技術(shù)的基礎(chǔ)上提高至少10倍以上;第二，新的體系結(jié)構(gòu)(如高密集型的小區(qū)結(jié)構(gòu)等)的引入，智能化能力在深度上的擴(kuò)展，有望推進(jìn)整個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的吞吐率提升大概25倍左右;第三，深入挖掘更為先進(jìn)的頻率資源，頻譜資源是推動(dòng)移動(dòng)通信與信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心資源，4G時(shí)代頻譜資源已經(jīng)很緊缺，未來(lái)的5G不得不考慮這個(gè)嚴(yán)峻的問(wèn)題，故需要深入挖掘更為先進(jìn)的頻率資源，比如可見(jiàn)光、毫米波、高頻段等，使得未來(lái)的無(wú)線移動(dòng)通信資源較4G時(shí)代擴(kuò)展4倍左右。
為了提升5G移動(dòng)通信技術(shù)的業(yè)務(wù)支撐能力，其在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方面和無(wú)線傳
輸技術(shù)方面勢(shì)必會(huì)有新的突破。在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方面，將采用更智能、更靈活的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，比如采用控制與轉(zhuǎn)發(fā)相互分離的軟件來(lái)定義網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、異構(gòu)超密集的部署等。在無(wú)線傳輸技術(shù)方面，將會(huì)著重于提升頻譜資源利用效率和挖掘頻譜資源使用潛能，比如多天線技術(shù)、編碼調(diào)制技術(shù)、多址接入技術(shù)等等。
2.2商業(yè)發(fā)展
技術(shù)與商業(yè)發(fā)展是相輔相成的關(guān)系有時(shí)候是技術(shù)推動(dòng)商業(yè)發(fā)展，有時(shí)候是商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步。在韓國(guó)，引入5G的一個(gè)主要原因就是助推經(jīng)濟(jì)發(fā)展，通過(guò)5G，韓國(guó)政府希望能夠加大韓國(guó)運(yùn)營(yíng)商與制造商的投資和合作，實(shí)現(xiàn)國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備業(yè)的發(fā)展。而在國(guó)內(nèi)，運(yùn)營(yíng)企業(yè)和知名設(shè)備制造商對(duì)此也是摩拳擦掌，以期取得市場(chǎng)先機(jī)。據(jù)了解，華為早在2009年就啟動(dòng)了5G研究，并表示將在2013年~2018年間至少投資6億美元進(jìn)行5G研發(fā)。 3、5G的演進(jìn)路線
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-Advanced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。 3.1 LTE/LTE-Advanced
LTE/LTE-Advanced已經(jīng)是事實(shí)上的全球統(tǒng)一的4G標(biāo)準(zhǔn)，由于LTE的大規(guī)模技術(shù)革新已經(jīng)大量使用了近20年來(lái)學(xué)術(shù)界積累的先進(jìn)信號(hào)處理技術(shù)，如OFDM，MIMO，自適應(yīng)技術(shù)等，在繼續(xù)完善技術(shù)應(yīng)用的同時(shí)，LTE-Advanced的技術(shù)發(fā)展將更多地集中在RRM(無(wú)線資源管理)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)層的優(yōu)化方面。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)程在不斷加快。標(biāo)準(zhǔn)化方面，雖然由于LTE與現(xiàn)有3Gpp版本存在版本兼容性差，導(dǎo)致4G商用在LTE方面需要投入較大的部署成本和較長(zhǎng)的普及時(shí)間，但是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，新技術(shù)的投入帶來(lái)的是更快，
更好的LTE版本完善。隨著更多的先進(jìn)技術(shù)融入到LTE/LTE-Advanced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Α?/p>
3.2 WLAN
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(hù)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。在強(qiáng)大的市場(chǎng)需求推動(dòng)下，WLAN與移動(dòng)通信系統(tǒng)逐漸走向全方位的融合，在終端方面，WLAN已成為智能手機(jī)的必備功能，智能手機(jī)支持手機(jī)流量和WLAN之間的自動(dòng)切換。在網(wǎng)絡(luò)方面，越來(lái)越多地廠商開(kāi)始提供完整地“蜂窩+WLAN”解決方案，實(shí)現(xiàn)了WLAN和蜂窩資源共享，不僅方便網(wǎng)絡(luò)部署、運(yùn)營(yíng)、管理和維護(hù)、也可節(jié)約大量開(kāi)支。由此可見(jiàn)，在移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)快速增長(zhǎng)的有力推動(dòng)下，WLAN與移動(dòng)通信走向廣泛深入地融合已是未來(lái)的趨勢(shì)，也許會(huì)在5G發(fā)展中出現(xiàn)根本性的變化。
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。
3.3革命性技術(shù)
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。
4、5G關(guān)鍵性技術(shù)
為提升其業(yè)務(wù)支撐能力, 5G 在無(wú)線傳輸技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方面將有新突破。在無(wú)線傳輸技術(shù)方面, 將引入能進(jìn)一步挖掘頻譜效率提升潛力的技術(shù)，如先進(jìn)的多址接入技術(shù)、多天線技術(shù)、編碼調(diào)制技術(shù)、新的波形設(shè)計(jì)技術(shù)等; 在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)方面, 將采用更靈活、更智能的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和組網(wǎng)技術(shù), 如采用控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離的軟件定義無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)、統(tǒng)一的自組織網(wǎng)絡(luò) (SON)、異構(gòu)超密集部署等。5G移動(dòng)通信標(biāo)志性的關(guān)鍵技術(shù)主要體現(xiàn)在超高效能的無(wú)線傳輸技術(shù)和高密度無(wú)線網(wǎng)絡(luò) (high den-sity wireless network)技術(shù)。 其中基于大規(guī)模
MIMO 的無(wú)線傳輸技術(shù)將有可能使頻譜效率和功率效率在4G的基礎(chǔ)上再提升一個(gè)量級(jí), 該項(xiàng)技術(shù)走向?qū)嵱没闹饕款i問(wèn)題是高維度信道建模與估計(jì)以及復(fù)雜度控制。 全雙工 (full duplex) 技術(shù)將可能開(kāi)辟新一代移動(dòng)通信頻譜利用的新格局。 超密集網(wǎng)絡(luò)(ultra dense network, UDN)
已引起業(yè)界的廣泛關(guān)注, 網(wǎng)絡(luò)協(xié)同與干擾管理將是提升高密度無(wú)線網(wǎng)絡(luò)容量的核心關(guān)鍵問(wèn)題。
體系結(jié)構(gòu)變革將是新一代無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展的主要方向. 現(xiàn)有的扁平化 SAE/LTE (systemarchitecture evolution/long term evolution) 體系結(jié)構(gòu)促進(jìn)了移動(dòng)通信系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)的高度融合, 高密度、智能化、可編程則代表了未來(lái)移動(dòng)通信演進(jìn)的進(jìn)一步發(fā)展趨勢(shì), 而內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò) (CDN) 向核心網(wǎng)絡(luò)的邊緣部署, 可有效減少網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)路由的負(fù)荷, 并顯著改善移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。
1)超密集組網(wǎng): 未來(lái)網(wǎng)絡(luò)將進(jìn)一步使現(xiàn)有的小區(qū)結(jié)構(gòu)微型化、分布化, 并通過(guò)小區(qū)間的相互協(xié)作,化干擾信號(hào)為有用信號(hào), 從而解決小區(qū)微型化和分布化所帶來(lái)的干擾問(wèn)題, 并最大程度地提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)容量。
2)智能化: 未來(lái)網(wǎng)絡(luò)將在已有 SON 技術(shù)的基礎(chǔ)上, 具備更為廣泛的感知能力和更為強(qiáng)大的自?xún)?yōu)化能力, 通過(guò)感知網(wǎng)絡(luò)環(huán)境及用戶(hù)業(yè)務(wù)需求, 在異構(gòu)環(huán)境下為用戶(hù)提供最佳的服務(wù)體驗(yàn).
3)可編程: 未來(lái)網(wǎng)絡(luò)將具備軟件可定義 (SDN) 能力, 數(shù)據(jù)平面與控制平面將進(jìn)一步分離, 集中控制、分布控制或兩者的相互結(jié)合, 將是網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)發(fā)展中需要解決的技術(shù)路線問(wèn)題。 基站與路由交換等基礎(chǔ)設(shè)施具備可編程與靈活擴(kuò)展能力, 以統(tǒng)一融合的平臺(tái)適應(yīng)各種復(fù)雜的及不同規(guī)模的應(yīng)用場(chǎng)景。
4)內(nèi)容分發(fā)邊緣化部署: 移動(dòng)終端訪問(wèn)的內(nèi)容雖然呈海量化趨勢(shì), 但大部分集中在一些熱點(diǎn)內(nèi)容和大型門(mén)戶(hù)網(wǎng)站, 在未來(lái)的 5G 網(wǎng)絡(luò)中采用 CDN 技術(shù)將是提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率的重要潛在手段。
4.1無(wú)線傳輸技術(shù)
(1) 大規(guī)模MOMI技術(shù)
多天線技術(shù)作為提高系統(tǒng)頻譜效率和傳輸可靠性的有效手段, 已經(jīng)應(yīng)用于多種無(wú)線通信系統(tǒng), 如3G系統(tǒng)、LTE、LTE-A、WLAN 等。根據(jù)信息論, 天線數(shù)量越多, 頻譜效率和可靠性提升越明顯。尤其是, 當(dāng)發(fā)射天線和接收天線數(shù)量很大時(shí), MIMO 信道容量將隨收發(fā)天線數(shù)中的最小值近似線性增長(zhǎng)。
因此, 采用大數(shù)量的天線, 為大幅度提高系統(tǒng)的容量提供了一個(gè)有效的途徑。由于多天線所占空間、實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度等技術(shù)條件的限制, 目前的無(wú)線通信系統(tǒng)中, 收發(fā)端配置的天線數(shù)量都不多, 比如在 LTE 系統(tǒng)中最多采用了 4 根天線, LTE-A 系統(tǒng)中最多采用了 8 根天線但由于其巨大的容量和可靠性增益, 針對(duì)大天線數(shù)的 MIMO 系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的研究吸引了研究人員的關(guān)注, 如單個(gè)小區(qū)情況下, 基站配有大大超過(guò)移動(dòng)臺(tái)天線數(shù)量的天線的多用戶(hù) MIMO 系統(tǒng)的研究等進(jìn)而, 2010 年, 貝爾實(shí)驗(yàn)室的Marzetta研究了多小區(qū)、TDD (time division duplexing) 情況下, 各基站配置無(wú)限數(shù)量天線的極端情況的多用戶(hù) MIMO 技術(shù), 提出了大規(guī)模 MIMO (large scale MIMO, 或者稱(chēng) Massive MIMO) 的概念發(fā)現(xiàn)了一些與單小區(qū)、有限數(shù)量天線時(shí)的不同特征。
之后, 眾多的研究人員在此基礎(chǔ)上研究了基站配置有限天線數(shù)量的情況.在大規(guī)模 MIMO 中, 基站配置數(shù)量非常大 (通常幾十到幾百根, 是現(xiàn)有系統(tǒng)天線數(shù)量的 1∼2 個(gè)數(shù)量級(jí)以上) 的天線, 在同一個(gè)時(shí)頻資源上同時(shí)服務(wù)若干個(gè)用戶(hù)。在天線的配置方式上, 這些天線可以是集中地配置在一個(gè)基站上, 形成集中式的大規(guī)模 MIMO, 也可以是分布式地配置在多個(gè)節(jié)點(diǎn)上, 形成分布式的大規(guī)模 MIMO。值得一提的是, 我國(guó)學(xué)者在分布式 MIMO 的研究一直走在國(guó)際的前列。
大規(guī)模 MIMO 帶來(lái)的好處主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面: 第一, 大規(guī)模 MIMO 的空間分辨率與現(xiàn)有MIMO相比顯著增強(qiáng), 能深度挖掘空間維度資源, 使得網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)用戶(hù)可以在同一時(shí)頻資源上利用大規(guī)模 MIMO 提供的空間自由度與基站同時(shí)進(jìn)行通信, 從而在不需要增加基站密度和帶寬的條件下大幅度提高頻譜效率。第二, 大規(guī)模 MIMO 可將波束集中在很窄的范圍內(nèi), 從而大幅度降低干擾。第三, 可大幅降低發(fā)射功率,從而提高功率效率. 第四, 當(dāng)天線數(shù)量足夠大時(shí), 最簡(jiǎn)單的線性預(yù)編碼和線性檢測(cè)器趨于最優(yōu), 并且噪聲和不相關(guān)干擾都可忽略不計(jì)。
(2) 基于濾波器組的多載波技術(shù)
由于在頻譜效率、對(duì)抗多徑衰落、低實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度等方面的優(yōu)勢(shì), OFDM (orthogonal frequency di-vision multiplexing)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各類(lèi)無(wú)
線通信系統(tǒng),如 WiMaX、LTE和LTE-A系統(tǒng)的下行鏈路,但 OFDM 技術(shù)也存在很多不足之處。比如, 需要插入循環(huán)前綴以對(duì)抗多徑衰落,從而導(dǎo)致無(wú)線資源的浪費(fèi);對(duì)載波頻偏的敏感性高, 具有較高的峰均比; 另外, 各子載波必須具有相同的帶寬, 各子載波之間必須保持同步, 各子載波之間必須保持正交等, 限制了頻譜使用的靈活性。此外,由于OFDM技術(shù)采用了方波作為基帶波形,載波旁瓣較大,從而在各載波同步不能?chē)?yán)格保證的情況下使得相鄰載波之間的干擾比較嚴(yán)重。在 5G 系統(tǒng)中, 由于支撐高數(shù)據(jù)速率的需要, 將可能需要高達(dá) 1 GHz 的帶寬。但在某些較低的頻段, 難以獲得連續(xù)的寬帶頻譜資源, 而在這些頻段, 某些無(wú)線傳輸系統(tǒng), 如電視系統(tǒng)中, 存在一些未被使用的頻譜資源 (空白頻譜). 但是, 這些空白頻譜的位置可能是不連續(xù)的, 并且可用的帶寬也不一定相同, 采用 OFDM 技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)對(duì)這些可用頻譜的使用。靈活有效地利用這些空白的頻譜, 是 5G 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要問(wèn)題。
為了解決這些問(wèn)題, 尋求其他多載波實(shí)現(xiàn)方案引起了研究人員的關(guān)注其中, 基于濾波器組的多載波 (FBMC, filter-bank based multicarrier) 實(shí)現(xiàn)方案是被認(rèn)為是解決以上問(wèn)題的有效手段, 被我國(guó)學(xué)者最早應(yīng)用于國(guó)家 863 計(jì)劃后 3G 試驗(yàn)系統(tǒng)中。濾波器組技術(shù)起源于 20 世紀(jì) 70 年代, 并在20世紀(jì) 80 年代開(kāi)始受到關(guān)注, 現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于圖像處理、雷達(dá)信號(hào)處理、通信信號(hào)處理等諸多領(lǐng)域。在基于濾波器組的多載波技術(shù)中, 發(fā)送端通過(guò)合成濾波器組來(lái)實(shí)現(xiàn)多載波調(diào)制, 接收端通過(guò)分析濾波器組來(lái)實(shí)現(xiàn)多載波解調(diào). 合成濾波器組和分析濾波器組由一組并行的成員濾波器構(gòu)成, 其中各個(gè)成員濾波器都是由原型濾波器經(jīng)載波調(diào)制而得到的調(diào)制濾波器與 OFDM 技術(shù)不同, FBMC 中, 由于原型濾波器的沖擊響應(yīng)和頻率響應(yīng)可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)計(jì), 各載波之間不再必須是正交的, 不需要插入循環(huán)前綴;能實(shí)現(xiàn)各子載波帶寬設(shè)置、各子載波之間的交疊程度的靈活控制, 從而可靈活控制相鄰子載波之間的干擾, 并且便于使用一些零散的頻譜資源;各子載波之間不需要同步, 同步、信道估計(jì)、檢測(cè)等可在各資載波上單獨(dú)進(jìn)行處理, 因此尤其適合于難以實(shí)現(xiàn)各用戶(hù)之間嚴(yán)格同步的上行鏈路。但另一方面, 由于各載波之間相互不正交, 子載波之間存在干擾;采用非矩形波形, 導(dǎo)致符號(hào)之間存在時(shí)域干擾, 需要通過(guò)采用一些技術(shù)來(lái)進(jìn)行干擾的消除。
(3) 全雙工技術(shù)
全雙工通信技術(shù)指同時(shí)、同頻進(jìn)行雙向通信的技術(shù). 由于在無(wú)線通信系統(tǒng)中, 網(wǎng)絡(luò)側(cè)和終端側(cè)存在固有的發(fā)射信號(hào)對(duì)接收信號(hào)的自干擾, 現(xiàn)有的無(wú)線通信系統(tǒng)中, 由于技術(shù)條件的限制, 不能實(shí)現(xiàn)同時(shí)同頻的雙向通信, 雙向鏈路都是通過(guò)時(shí)間或頻率進(jìn)行區(qū)分的, 對(duì)應(yīng)于 TDD 和 FDD 方式. 由于不能進(jìn)行同時(shí)、同頻雙向通信, 理論上浪費(fèi)了一半的無(wú)線資源 (頻率和時(shí)間)。
由于全雙工技術(shù)理論上可提高頻譜利用率一倍的巨大潛力, 可實(shí)現(xiàn)更加靈活的頻譜使用, 同時(shí)由于器件技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展, 同頻同時(shí)的全雙工技術(shù)逐漸成為研究熱點(diǎn), 是 5G 系統(tǒng)充分挖掘無(wú)線頻譜資源的一個(gè)重要方向但全雙工技術(shù)同時(shí)也面臨一些具有挑戰(zhàn)性的難題. 由于接收和發(fā)送信號(hào)之間的功率差異非常大, 導(dǎo)致嚴(yán)重的自干擾 (典型值為 70 dB), 因此實(shí)現(xiàn)全雙工技術(shù)應(yīng)用的首要問(wèn)題是自干擾的抵消近年來(lái), 研究人員發(fā)展了各類(lèi)干擾抵消技術(shù), 包括模擬端干擾抵消、對(duì)已知的干擾信號(hào)的數(shù)字端干擾抵消及它們的混合方式、利用附加的放置在特定位置的天線進(jìn)行干擾抵消的技術(shù)等以及后來(lái)的一些改進(jìn)技術(shù)通過(guò)這些技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用, 在特定的場(chǎng)景下, 能消除大部分的自干擾。研究人員也開(kāi)發(fā)了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng), 通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證全雙工技術(shù)的可行性。在部分條件下達(dá)到了全雙工系統(tǒng)理論容量的 90%左右。雖然這些實(shí)驗(yàn)證明了全雙工技術(shù)是可行的, 但這些實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)都基本是單基站、小終端數(shù)量的, 沒(méi)有對(duì)大量基站和大量終端的情況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證, 并且現(xiàn)有結(jié)果顯示, 全雙工技術(shù)并不能在所有條件下都獲得理想的性能增益。比如, 天線抵消技術(shù)中需要多個(gè)發(fā)射天線, 對(duì)大帶寬情況下的消除效果還不理想, 并且大都只能支持單數(shù)據(jù)流工作, 不能充分發(fā)揮 MIMO、的能力, 因此, 還不能適用于 MIMO 系統(tǒng);MIMO 條件下的全雙工技術(shù)與半雙工技術(shù)的性能分析還大多是一些簡(jiǎn)單的、面向小天線數(shù)的仿真結(jié)果的比較, 特別是對(duì)大規(guī)模 MIMO 條件下的性能差異還缺乏深入的理論分析需要在建立更合理的干擾模型的基礎(chǔ)上對(duì)之進(jìn)行深入系統(tǒng)的分析;目前,對(duì)全雙工系統(tǒng)的容量分析大多是面向單小區(qū)、用戶(hù)數(shù)比較少, 并且是發(fā)射功率和傳輸距離比較小的情況,缺乏對(duì)多小區(qū)、大用戶(hù)數(shù)等條件下的研究結(jié)果, 因此在多小區(qū)大動(dòng)態(tài)范圍下的全雙工技術(shù)中的干擾消除技術(shù)、資源分配技術(shù)、組網(wǎng)技術(shù)、容量分析、與 MIMO 技術(shù)的結(jié)合, 以及大規(guī)模組網(wǎng)條件下的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證, 是需要深入研究的重要問(wèn)題。
4.2無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
(1) 超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
由于5G系統(tǒng)既包括新的無(wú)線傳輸技術(shù),也包括現(xiàn)有的各種無(wú)線接入技術(shù)的后續(xù)演進(jìn), 5G網(wǎng)絡(luò)必然是多種無(wú)線接入技術(shù), 如 5G, 4G, LTE, UMTS (universal mobile telecommunications system) 和 WiFi(wireless fidelity)等共存, 既有負(fù)責(zé)基礎(chǔ)覆蓋的宏站, 也有承擔(dān)熱點(diǎn)覆蓋的低功率小站, 如Micro, Pico,Relay和Femto 等多層覆蓋的多無(wú)線接入技術(shù)多層覆蓋異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)在這些數(shù)量巨大的低功率節(jié)點(diǎn)中, 一些是運(yùn)營(yíng)商部署, 經(jīng)過(guò)規(guī)劃的宏節(jié)點(diǎn)低功率節(jié)點(diǎn);更多的可能是用戶(hù)部署, 沒(méi)有經(jīng)過(guò)規(guī)劃的低功率節(jié)點(diǎn), 并且這些用戶(hù)部署的低功率節(jié)點(diǎn)可能是 OSG (open subscriber group) 類(lèi)型的,也可能是CSG(closed subscriber group)類(lèi)型的, 從而使得網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜吞匦宰兊脴O為復(fù)雜。
在超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中, 網(wǎng)絡(luò)的密集化使得網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)離終端更近, 帶來(lái)了功率效率、頻譜效率的提升, 大幅度提高了系統(tǒng)容量, 以及業(yè)務(wù)在各種接入技術(shù)和各覆蓋層次間分擔(dān)的靈活性。雖然超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)展示了美好的前景, 由于節(jié)點(diǎn)之間距離的減少, 將導(dǎo)致一些與現(xiàn)有系統(tǒng)不同的問(wèn)題。在 5G 網(wǎng)絡(luò)中, 可能存在同一種無(wú)線接入技術(shù)之間同頻部署的干擾、不同無(wú)線接入技術(shù)之間由于共享頻譜的干擾、不同覆蓋層次之間的干擾, 如何解決這些干擾帶來(lái)的性能損傷, 實(shí)現(xiàn)多種無(wú)線接入技術(shù)、多覆蓋層次之間的共存, 是一個(gè)需要深入研究的重要問(wèn)題由于近鄰節(jié)點(diǎn)傳輸損耗差別不大, 可能存在多個(gè)強(qiáng)度接近的干擾源, 導(dǎo)致更嚴(yán)重的干擾, 使現(xiàn)有的面向單個(gè)干擾源的干擾協(xié)調(diào)算法不能直接適用于 5G 系統(tǒng);由于不同業(yè)務(wù)和用戶(hù)的 QoS (quality of service) 要求的不同, 不同業(yè)務(wù)在網(wǎng)絡(luò)中的分擔(dān)、各類(lèi)節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)同策略、網(wǎng)絡(luò)選擇、基于用戶(hù)需求的系統(tǒng)能效最低的小區(qū)激活、節(jié)能配置策略是保證系統(tǒng)性能的關(guān)鍵問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的節(jié)點(diǎn)協(xié)作, 需要準(zhǔn)確、有效地發(fā)現(xiàn)大量的相鄰節(jié)點(diǎn)。由于小區(qū)邊界更多、更不規(guī)則, 導(dǎo)致更頻繁、更為復(fù)雜的切換, 難以保證移動(dòng)性性能, 因此, 需要針對(duì)超密集網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景發(fā)展新的切換算法。由于用戶(hù)部署的大量節(jié)點(diǎn)的突然、隨機(jī)的開(kāi)啟和關(guān)閉, 使得網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜透蓴_圖樣隨機(jī)、大動(dòng)態(tài)范圍地動(dòng)態(tài)變化, 各小站中的服務(wù)用戶(hù)數(shù)量往往比較少,使得業(yè)務(wù)的空間和時(shí)間分布出現(xiàn)劇烈的動(dòng)態(tài)變化, 因此, 需要研究適應(yīng)這些動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)部署技術(shù);站點(diǎn)的密集部署將需要龐大、復(fù)雜的回傳網(wǎng)絡(luò), 如果采用有線回傳網(wǎng)絡(luò), 會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)部署的困難和運(yùn)營(yíng)商成本的大幅度增加. 為了提高節(jié)點(diǎn)部署的靈活性, 降低部署成本, 利用和接入鏈路相同的頻譜和技術(shù)進(jìn)行無(wú)線回傳傳輸, 是解決這個(gè)問(wèn)題的一個(gè)重要方向. 無(wú)線回傳方式中, 無(wú)線資源不僅為終端服務(wù), 而且為節(jié)點(diǎn)提供中繼服務(wù), 使無(wú)線回傳組網(wǎng)技術(shù)非常復(fù)雜, 因此, 無(wú)線回傳組網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù), 包括組網(wǎng)方式、無(wú)線資源管理等是重要的研究?jī)?nèi)容。
(2) 自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
在傳統(tǒng)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中, 網(wǎng)絡(luò)部署、運(yùn)維等基本依靠人工的方式, 需要投入大量的人力, 給運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)巨大的運(yùn)行成本。根據(jù)分析各大運(yùn)營(yíng)商的運(yùn)營(yíng)成本基本上占各自收入的 70%左右。并且,隨著移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展, 依靠人工的方式難以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化. 因此, 為了解決網(wǎng)絡(luò)部署、優(yōu)化的復(fù)雜性問(wèn)題, 降低運(yùn)維成本相對(duì)總收入的比例, 使運(yùn)營(yíng)商能高效運(yùn)營(yíng)、維護(hù)網(wǎng)絡(luò), 在滿(mǎn)足客戶(hù)需求的同時(shí),自身也能夠持續(xù)發(fā)展, 由 NGMN (next generation mobile network) 聯(lián)盟中的運(yùn)營(yíng)商主導(dǎo), 聯(lián)合主要的設(shè)備制造商提出了自組織網(wǎng)絡(luò) (SON) 的概念自組織網(wǎng)絡(luò)的思路是在網(wǎng)絡(luò)中引入自組織能力 (網(wǎng)絡(luò)智能化), 包括自配置、自?xún)?yōu)化、自愈合等實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、部署、維護(hù)、優(yōu)化和排障等各個(gè)環(huán)節(jié)的自動(dòng)進(jìn)行, 最大限度地減少人工干預(yù)。 目前, 自組織網(wǎng)絡(luò)成為新鋪設(shè)網(wǎng)絡(luò)的必備特性, 逐漸進(jìn)入商用, 并展現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢(shì)。
5G將是融合、協(xié)同的多制式共存的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。從技術(shù)上看, 將存在多層、多無(wú)線接入技術(shù)的共存,導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜, 各種無(wú)線接入技術(shù)內(nèi)部和各種覆蓋能力的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜, 網(wǎng)絡(luò)的部署、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)將成為一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的工作。為了降低網(wǎng)絡(luò)部署、運(yùn)營(yíng)維護(hù)復(fù)雜度和成本, 提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維質(zhì)量, 未來(lái) 5G 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該能支持更智能的、統(tǒng)一的 SON 功能, 能統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)多種無(wú)線接入技術(shù)、覆蓋層次的聯(lián)合自配置、自?xún)?yōu)化、自愈合。目前, 針對(duì) LTE、LTE-A 以及 UMTS、WiFi 的 SON 技術(shù)發(fā)展已經(jīng)比較完善, 逐漸開(kāi)始在新部署的網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用。但現(xiàn)有的 SON 技術(shù)都是面向各自網(wǎng)絡(luò), 從各自網(wǎng)絡(luò)的角度出發(fā)進(jìn)行獨(dú)立的自部署和自配置、自?xún)?yōu)化和自愈合, 不能支持多網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)同. 因此, 需要研究支持協(xié)同異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的 SON 技術(shù), 如支持在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的基于無(wú)線回傳的節(jié)點(diǎn)自配置技術(shù), 異系統(tǒng)環(huán)境下的自?xún)?yōu)化技術(shù), 如協(xié)同無(wú)線傳輸參數(shù)優(yōu)化、協(xié)同移動(dòng)性?xún)?yōu)化技術(shù), 協(xié)同能效優(yōu)化技術(shù), 協(xié)同接納控制優(yōu)化技術(shù)等, 以及異系統(tǒng)下的協(xié)同網(wǎng)絡(luò)故障檢測(cè)和定位, 從而實(shí)現(xiàn)自愈合功能。
5、結(jié)束語(yǔ)
當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，尤其是網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，將有力推動(dòng) 5G 移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程，依據(jù)移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展規(guī)律，在 2020 年后，5G 移動(dòng)通信技術(shù)將有望實(shí)現(xiàn)商用，能夠滿(mǎn)足未來(lái)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的發(fā)展需求，并帶給移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)一種前所未有的全新體驗(yàn)。目前，5G移動(dòng)通信技術(shù)的科研尚處于起步階段，并即將邁入發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，其關(guān)鍵指標(biāo)和技術(shù)需求都會(huì)在未來(lái)幾年內(nèi)陸續(xù)出臺(tái)，屆時(shí)將引領(lǐng)我國(guó)移動(dòng)通信行業(yè)的新一輪變革。 參考文獻(xiàn)--------------------------------------------------
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