5G技术及未来发展

射频电路期终报告

5G技术及未来发展

Author:盛存鑫Number:2012301200240Major:通信工程Adviser:王才军

2015年6月14日

5G技术及未来发展

电子信息学院盛存鑫2012301200240

June13,2015

1背景介绍

2013年初欧盟在第7框架计划启动了面向5G研发的METIS(mobileandwirelesscommunicationsen-

5G是面向2020年以后移动通信需求而发展的新ablersforthe2020informationsociety)项目,由包括我一代移动通信系统.根据移动通信的发展规律,5G将国华为公司等29个参加方共同承担;韩国和中国分具有超高的频谱利用率和能效,在传输速率和资源利用率等方面较4G移动通信提高一个量级或更高,其无线覆盖性能、传输时延、系统安全和用户体验也将得到显著的提高.5G移动通信将与其他无线移动通信技术密切结合,构成新一代无所不在的移动信息网络,满足未来10年移动互联网流量增加1000倍的发

别成立了5G技术论坛和IMT-2020(5G)推进组,我国863计划也分别于2013年6月和2014年3月启动了5G重大项目一期和二期研发课题.目前,世界各国正就5G的发展愿景、应用需求、候选频段、关键技术指标及使能技术进行广泛的研讨,力求在2015年世界无线电大会前后达成共识,并于2016年后启动有关标

展需求.5G移动通信系统的应用领域也将进一步扩准化进程。展,对海量传感设备及机器与机器(M2M)通信的支撑4G技术已经使数据速率得到了一个很大的提高，能力将成为系统设计的重要指标之一.未来5G系统还须具备充分的灵活性,具有网络自感知、自调整等

能实现静止时1Gb/s记得速度和移动式100Mbit/s级传输速度，达到影像画面清晰，无停止抖动的效果，但

智能化能力,以应对未来移动信息社会难以预计的快这样仍然不够。5G将实现比4G快1000的网络，用户速变化.5G已经成为国内外移动通信领域的研究热点.下载一部完整的电影需要的时间不到1秒钟。

2013年初欧盟在第7框架计划启动了面向5G研发的METIS(mobileandwirelesscommunicationsen-ablersforthe2020informationsociety)项目,由包括我国华为公司等29个参加方共同承担;韩国和中国分别成立了5G技术论坛和IMT-2020(5G)推进组,我国863计划也分别于2013年6月和2014年3月启动了5G重大项目一期和二期研发课题.目前,世界各国正就5G的发展愿景、应用需求、候选频段、关键技术指标及使能技术进行广泛的研讨,力求在2015年世界无线电大会前后达成共识,并于2016年后启动有关标准化进程。

1

5G指的是第五代移动通信技术。与前四代不同，5G并不是一个单一的无线技术，而是现有的无线通信技术的一个融合。目前，LTE峰值速率可以达到100Mbps，5G的峰值速率将达到10Gbps，比4G提升了100倍。现有的4G网络处理自发能力有限，无法支持部分高清视频、高质量语音、增强现实、虚拟现实等业务。5G将引入更加先进的技术，通过更加高

25G概念及其特点

的频谱效率、更多的频谱资源以及更加密集的小区用户、多天线、多小区协作组网作为突破的重点,力等共同满足移动业务流量增长的需求，解决4G网络面临的问题，构建一个高速的传输速率、高容量、低时延、高可靠性、优秀的用户体验的网络社会。

5G无线通信技术实际上就是无线互联网网络

求在体系构架上寻求系统性能的大幅度提高。

3)室内移动通信业务已占据应用的主导地位,5G室内无线覆盖性能及业务支撑能力将作为系统优先设计目标,从而改变传统移动通信系统”以大范围覆

（见图1），这个技术将支持OFDM（正交频分复用）、盖为主、兼顾室内”的设计理念。MC-CDMA（多载波码分多址）、LAS-CDMA（大区4)高频段频谱资源将更多地应用于5G移动通信域同步码分多址）、UWB（超宽带）、NETWORK-系统,但由于受到高频段无线电波穿透能力的限制,无LMDS（区域多点传输服务）和IPv6（互联网协议）。线与有线的融合、光载无线组网等技术将被更为普事实上，IPv6是4G和5G技术的基础协议。5G技术是一个完整的无线通信系统，没有任何限制，所以我们将5G称为真正无线世界.

遍地应用。

5)可”软”配置的5G无线网络将成为未来的重要研究方向,运营商可根据业务流量的动态变化实时调整网络资源,有效地降低网络运营的成本和能源的消耗。

5G性能指标:

对于5G需要满足一些什么样的指标，工信部电信研究院选择了体育场、办公室、密集住宅区等场景，结合车联网、视频点播等应用进行实例分析。对每一种场景下的不同应用进行分析，发现无线技术成为应用发展的制约因素。要在不同的场景下使用户获得良好的应用体验，需要满足以下指标：

(1)5G的传输速率在4G的基础上提高10-100倍，体验速率能够达到0.11Gbps，峰值速率能够达到10Gbps；

Figure1:1

当前信息技术发展正处于新的变革时期,5G技术发展呈现出新的如下特点:

1)5G研究在推进技术变革的同时将更加注重用户体验,网络平均吞吐速率、传输时延以及对虚拟现实、3D、交互式游戏等新兴移动业务的支撑能力等将成为衡量5G系统性能的关键指标。

2)与传统的移动通信系统理念不同,5G系统研经典技术作为核心目标,而是从更为广泛的多点、多

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(2)时延降低到4G的1/10或1/5，达到毫秒级水平；

(3)设备密集度能够达到600万个/平方公里；(4)流量密度能够在20Tbps/平方公里以上；(5)移动性达到500km/h，实现高铁环境下的良好用户体验。

为了满足上述性能指标的要求，使用户获得良好的业务体验，除了以上的这些指标外，能耗效率、频谱效率及峰值速率等指标也是重要的5G技术指标，发展是5G移动通信的主要驱动力。

究将不仅仅把点到点的物理层传输与信道编译码等需要在5G系统设计时综合考虑。移动互联网的蓬勃

移动互联网将是未来各种新兴业务的基础性业务平台,现有固定互联网的各种业务将越来越多地通过无线方式提供给用户,云计算及后台服务的广泛应用将对5G移动通信系统提出更高的传输质量与系统容量要求。5G移动通信系统的主要发展目标将是与其他无线移动通信技术密切衔接,为移动互联网的快速发展提供无所不在的基础性业务能力。按照目前业界的初步估计,包括5G在内的未来无线移动网络业务能力的提升将在3个维度上同时进行:

1)通过引入新的无线传输技术将资源利用率在4G的基础上提高10倍以上;

3.15G网络架构的研究现状

目前，国际上多个标准化组织都已经开始进行5G网络及其架构的研究工作。这其中，ITU（国际电信联盟）从5G愿景、需求、频谱等角度入手，NGMN（下一代移动通信网络）联盟从5G愿景、需求、架构、技术等多方面全面展开。欧洲在2012年成立了METIS，并在2014年2月成立5GPPP项目。韩国成立了5GForum项目，日本成立了2020&BeyondAdHoc项目。3GPP作为移动网络标准最主要的制订方，5G网络架构的设计将是其国际组织的重点工作，目前业界预期将在R14开始启动相关工作。我

2)通过引入新的体系结构(如超密集小区结构等)国IMT-2020网络技术工作组中的国内运营商、研究和更加深度的智能化能力将整个系统的吞吐率提高机构、设备商已经开始着手这方面的讨论。25倍左右;

3)进一步挖掘新的频率资源(如高频段、毫米波

从这些研究来看，目前5G的研究仍处于需求制定和空中接口技术攻关阶段，尚未提出明确的网络

与可见光等),使未来无线移动通信的频率资源扩展架构。但在5G架构设计的需求以及可能的技术方面

，已经形成了一些共识。在需求方面，普遍将灵活、4倍左右。

高效、支持多样业务、实现网络即服务等作为设计目标；在技术方面，SDN、NFV等成为可能的基础技术，核心网与接入网融合、移动性管理、策略管理、

35G网络架构

随着4G网络商用部署规模的迅速扩展，其对当

网络功能重组等成为值得进一步研究的关键问题。

3.25G网络架构需要解决的关键问题

3.2.1集中或分布的网络架构

集中与分布的网络架构一直是争论的焦点。二者在业界中的应用也是此消彼长，交替上升。从互联网角度来看，从最初的C/S到分布式P2P应用，再务发展及设备处理能力的限制所造成的。以人为例，的系统。大脑负责对各个器官及肢体所收集的信息进行处理及管理。如果说之前的网络架构设计中由方式，那么云计算技术的发展将使得中心处理和优3

前移动互联网产业及人们日常生活的影响得到进一步体现。5G移动通信系统的研发随之被迅速提上日程，5G网络系统架构对网络功能、组织、管理等有着重要的影响。相对于接入网技术中2G、3G、LTE的变革，核心网主要经历了IP化、控制和承载分率提升空间受限于香农极限，业界逐渐认识到，5G网络架构的创新也是5G的关键推动力之一。为了满足5G网络速度更快、时延更低、连接更多、效率更等进行全新的设计。

离、分组化的变革。由于频谱资源稀缺以及频谱效到云计算中心等，其看似不同的发展思路其实是业需求的实现，除了需要空中接口技术的突破以外，人本身是一个完美的集中控制、分布式处理和感知

高的愿景，有必要对现有的网络架构、网元功能形态于设备处理能力的限制，不得不使用分布式处理的

化成为可能。Google最新的”仙女座（Andromeda）”项目，采用集中控制的方式，提供虚拟网络服务，如图2所示。目前，Google在全球约有40个数据中心。Google杰出工程师AminVahda表示”已经看到逻辑集中及分层的控制与分布式的数据面比全分布更优”，并且”目前很确信，通过明智地发挥集中而不是分布式的管理方式，建设一个本质上更有效的系统”。Google的几个关键服务系统均采用这种架构，如GFS数据处理平台、BigTable、B4WAN网络。

Figure3:3

3.2.2接入网及核心网的界限

”无线接入网”+”核心网”是移动网的传统架构，网络架构总体向着简化、扁平化的方向演进。接入

Figure2:2

网按照不同阶段有2G（GERAN）、3G（UTRAN）、LTE（E-UTRAN）之分；而核心网又有电路交换核心网（CS域）、分组核心网（PS域）、IMS核心网之

借鉴IT公司的组网模式，无线网设计了集中式基带池的架构，如图2所示。通过对无线网元间的协作化分析可知，BBU的集中程度越高，实时处理

分。对接入网来说，不同阶段除了空中接口革新外，其架构也更加扁平化，LTE网络中的NodeB节点与RNC节点融合为单一的eNodeB节点。核心网经历

效率就越高、协作化增益越大，更易减少重叠覆盖的了从仅有电路域，到电路域与分组域并存，再到仅有

干扰。另一方面，从传输来看，BBU越集中对传输分组域的变化历程。但到目前，移动网络一直延续成本的要求也越高。无线网如此，核心网的控制与转着无线接入网+核心网的分层架构。发也是如此。

事实上，网络扁平化的研究中，已经对接入网和

网络架构的设计是计算、优化及传输成本的折

核心网的功能融合有所讨论，如业界曾经设计和实

中。5G网络架构是采用集中式架构还是分布式架构，现的”三合一”、”四合一”节点等。目前无线接入网和以何种程度集中控制或分布化，是5G架构设计需要核心网的功能已经有了融合的迹象。考虑的问题。

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IP化、扁平化使得核心网的功能开始融入接入

网。以本地IP接入（localIPaccess，LIPA）和中继（relay）为代表的技术，将核心网的功能进行了融合。在LIPA架构中，PGW的功能被集成在HeNB上，实现了地址分配、路由的核心网功能与无线接入功能的融合。而在3GPPR10定义的中继功能中，为中继节点提供接入的DeNB是具有核心网功能的三合一节点，对中继来说它是一个基站，且同时集成中继节点的SGW及PGW功能。

集中化、虚拟化将使得接入网的功能上移到核心域。接入网功能上移最主要的驱动力是集中处理和优化需求。以C-RAN为代表的网络架构，其基带处理等计算工作可在IT数据中心进行，这使得其与

核心网控制面共享计算资源成为可能。此外，接入网重传次数等工作模式实现低时延，从多接入点获取的连接管理、协议和信令、SON的功能可上移，与数据，实现高带宽。核心网的移动性管理及连接管理功能融合优化。5G网络架构中，接入网和核心网以何种形式存在，甚至

（2）进行针对性协议优化，实现协议的定制化物联网（M2M）、智能家居场景对网络的需求可

Figure4:4

是否还存在核心网、是否还有接入网和核心网的区能是极低移动性、大用户量、低速率、高节能。可

分，这是有待研究和回答的问题。针对性地进行协议的裁剪，实现轻量级的移动性管

理、连接管理，实现协议的定制化。无线侧从单接

3.2.3

实现网络构建或功能配置

5G时期，蜂窝网和生产生活中的各领域结合得

入点获取数据。

到底是采用网络定制还是协议定制，是通过网

更广泛，物联网、企业网、高铁、露天集会、超高络功能的组件化实现网络的按需构建，还是通过协清、3D、增强现实、云桌面等越来越多的应用场景议裁剪实现网络协议配置的定制化，需要架构上系和业务形式将成为可能。这些业务和应用场景的特统的协同设计。性不同，对网络的要求也有巨大的差别，如何以更灵活的方式组网以满足每种场景的需求，是网络架构设计面临的重要挑战。按需实现网络架构的灵活构建和功能配置或许是解决此问题的技术路线之一。图4给出了相关的示例。

1）灵活的组网实现网络的定制化

企业网要求提供”本地”硬盘式的用户体验，要求

45G移动通信关键技术

为提升其业务支撑能力,5G在无线传输技术和网络技术方面将有新的突破。在无线传输技术方面,将引入能进一步挖掘频谱效率提升潜力的技术,如先进的多址接入技术、多天线技术、编码调制技术、新

网络提供低时延、高带宽和私有网络的保证。移动的波形设计技术等;在无线网络方面,将采用更灵活、性管理、地址分配、流量管理等可在接入侧以专网的更智能的网络架构和组网技术,如采用控制与转发分形式实现，从而降低回传网时延，并实现流量本地分离的软件定义无线网络的架构、统一的自组织网络流，可直接访问本地办公网。无线侧通过启用较低(SON)、异构超密集部署等。

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5G移动通信标志性的关键技术主要体现在超高效能的无线传输技术和高密度无线网络(highden-sitywirelessnetwork)技术。其中基于大规模MIMO的无线传输技术将有可能使频谱效率和功率效率在4G的基础上再提升一个量级,该项技术走向实用化的主要瓶颈问题是高维度信道建模与估计以及复杂度控制。全双工(fullduplex)技术将可能开辟新一代移动通信频谱利用的新格局。超密集网络(ultradensenetwork,UDN)已引起业界的广泛关注,网络协同与干扰管理将是提升高密度无线网络容量的核心关键问题。

体系结构变革将是新一代无线移动通信系统发展的主要方向。现有的扁平化SAE/LTE(systemar-chitectureevolution/longtermevolution)体系结构促进了移动通信系统与互联网的高度融合,高密度、智能化、可编程则代表了未来移动通信演进的进一步发展趋势,而内容分发网络(CDN)向核心网络的边缘部署,可有效减少网络访问路由的负荷,并显著改善移动互联网用户的业务体验。

1)超密集组网:未来网络将进一步使现有的小区结构微型化、分布化,并通过小区间的相互协作,化干扰信号为有用信号,从而解决小区微型化和分布化所带来的干扰问题,并最大程度地提高整个网络的系统容量。

2)智能化:未来网络将在已有SON技术的基础

型门户网站,在未来的5G网络中采用CDN技术将是提高网络资源利用率的重要潜在手段。

4.1超密集异构网络部署

为应对未来持续增长的数据业务需求，密集异构网络部署将会成为当前无线通信发展所面临挑战的一种解决方案。例如，能够解决5G中提出的无线数据速率提高1000倍的问题，提高空间谱利用率及增强室内覆盖等问题。

未来5G网络的架构将从传统的移动蜂窝方式转向分布式的、异构的新型通信方式，网络种类繁多。密集组网下的LTE-B异构网络部署场景如图3所示，小区的部署更加密集，单个小区的覆盖范围大大缩小。如图3中，将Macro作为网络的基石，Pico-cell，Femtocell和Ｒelay等低功率基站则用来消除只有Macrocell时的覆盖盲区，能有效分担宏蜂窝的负担，提供低时延、高可靠的用户体验。然而，此种架构会引发严重的干扰问题。产生干扰的原因有用户自定义部署，封闭的接入方式，不同设备发送功率的差异等。

层内层间干扰越来越复杂，因此需要进行有效的干扰管理和干扰协调抑制。3GPP提出了ICIC(intercellinferencecoordination)标准，从功率控制、时域和频域3个层面来减轻密集网络带来的干扰。基

上,具备更为广泛的感知能力和更为强大的自优化能于网络监听的功率控制技术，虽简单容易实现，但力,通过感知网络环境及用户业务需求,在异构环境是有很多参数难以确定，无法保证优良的性能指标;下为用户提供最佳的服务体验。

3)可编程:未来网络将具备软件可定义(SDN)能力,数据平面与控制平面将进一步分离,集中控制、分布控制或两者的相互结合,将是网络演进发展中需要解决的技术路线问题;基站与路由交换等基础设施具备可编程与灵活扩展能力,以统一融合的平台适应各种复杂的及不同规模的应用场景。

4)内容分发边缘化部署:移动终端访问的内容虽然呈海量化趋势,但大部分集中在一些热点内容和大

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为了有效控制小蜂窝之间的下行干扰，东南大学特别针对密集部署的小蜂窝覆盖网络，提出一种基于两级分组结合功率控制和协作联合传输的干扰控制方法来提升网络整体性能;基于ABS(almostblanksubframe)的异构网络下行增强型小区间干扰协调技术方案，在吞吐量方面比功率控制技术有明显提高，但是小区的频繁切换和跟踪区域不断更新，对MUE(macrouserequipment)，HUE(homeuserequipment)数据传输的连续性提出了挑战;为了使网络速率达到最

大化，利用电波传播中的路径损耗特性，提出了异们对近距离数据通信的需求逐渐增加。然而，目前的构网络中多用户共享幅度空间及主动式干扰消除方蜂窝系统存在覆盖、容量和功耗等方面的问题(特别法;基于智能天线的干扰消除，有学者提出的基于3D波束形成天线的联合处理协同多点传输(co-ordinated解决了Intercell干扰问题，提高了边缘小区UE(user是必须在基站中配置这种新型天线。

是在近距离本地通信业务中)，并且缺乏足够的灵活性，难以完全满足不同业务在实时性和可靠性方面的通信很有必要。D2D通信作为5G关键技术之一，对现大幅度的无线数据流量增长、降低功耗、增强实时性和可靠性。D2D通信是一种短距离通信，能够实现数据在终端间的直接传输。蜂窝网中的D2D通信示意如图4所示。

multiplepointstransmission/reception，CoMP)方法，独特需求。因此，在5G中研究D2D(devicetodevice)equipment)的性能，同时不需要任何的信令开销，但蜂窝通信起到必不可少的支撑和补充作用，能够实

Figure5:5

上述方法都是利用两小区协作来解决干扰问题。但是未来5G网络，多网并存，可能存在多小区协作。而且，频谱资源越来越稀缺，可能没有足够多的频段可以进行分配，所以未来提出的干扰消除方法应该尽可能的提高资源效率。5G网络中拟研究的内容有:

1)密集多小区场景时基于干扰协调的干扰除方法。

2)密集多小区场景时能量与频谱高效协作的波束成形方法。通过超密集异构部署提升容量，是目前最直观的方法，也是国内外各研究组织重点研究对象。

Figure6:6

D2D的通信特点在节省资源、减小干扰、提升传输效率、降低传输成本等方面有巨大优势。D2D通信已经在LTE-A的Ｒ12版本中获得正式立项，3GPP计划在Ｒ13版本(2015年结束)之前完成D2D在一些典型场景下的标准化工作。国内企业也比较关注D2D。早在2004年左右，Philips公司基于TD-SCDMA系统，讨论了蜂窝控制下的P2P技术，这是最接近于D2D的通信方式，但只适用于TD-SCDMA系统。2008年8月召开的3GPP会议上，Motorola公司提出并讨论了D2D通信技术。华为、NOKIA等公7

4.2D2D通信

目前，社交网络、本地广告等应用的流行使得人

司近年来也一直致力于此项技术的研究，发表了许多技术文献和专利。

GPP拟定的D2D技术白皮书对D2D的通信控

3)干扰抑制问题:为了解决多小区D2D通信的干扰抑制问题，在合理分配资源前需要对全局信道状态信息(channelstateinformation，CSI)有准确的了

制、干扰协调、资源分配、功率控制等一些关键技解。目前的基站协作技术虽然可以实现这个功能，但术有比较深入地研究。当前业界对于D2D通信技术是还存在着精确度与能耗等方面的问题，需要找到的研究，主要集中在D2D发送功率控制以及资源分配等方面。对D2D技术的研究，重点集中在移动网

一个既能适用于支持D2D多小区通信资源分配，又可以达到节省能耗的基站协作技术方案。因此如何

络和D2D混合通信系统中资源分配和干扰协调问题解决这些问题，更好地支持D2D通信技术，达到绿上。一些学者提出了一个”D2D对”和一个网络用户之色通信的目的将会是未来研究的技术难点。间的资源共享方式，另一些提出了有效的干扰抑制算法，这些方法可以有效地解决资源分配和干扰协4.3调问题，但是现有基站协作方法所存在的开销大、实现困难等问题尚有待解决;有学者提出了2种有效的干扰协调机制:一种是通过干扰跟踪方式控制网络用户对D2D的干扰，另一种是通过可容忍的干扰广播方式控制D2D对网络用户的干扰;利用多天线技术来有效控制干扰，提出在基站侧采用迫零算法，这样可以完全消除基站对D2D的干扰;同济大学针对LTE系统引入D2D通信技术后对所面临的资源分配问题进行了数学建模，利用粒子群优化理论对该系统下的模式选择与资源分配进行联合优化，达到了预期的效果。上述方法虽然能够解决现有蜂窝网中D2D通信问题，但5G中仍有一些待解决的问题:

大规模MIMO

多天线技术作为提高系统频谱效率和传输可靠

性的有效手段,已经应用于多种无线通信系统,如3G系统、LTE、LTE-A、WLAN等。根据信息论,天线数量越多,频谱效率和可靠性提升越明显。尤其是,当发射天线和接收天线数量很大时,MIMO信道容量将随收发天线数中的最小值近似线性增长。因此,采用大数量的天线,为大幅度提高系统的容量提供了一个有效的途径。由于多天线所占空间、实现复杂度等技术条件的限制,目前的无线通信系统中,收发端配置的天线数量都不多,比如在LTE系统中最多采用了4根天线,LTE-A系统中最多采用了8根天线。但由于其巨大的容量和可靠性增益,针对大天线数

1)D2D通信的无线资源管理问题:何时启用D2D的MIMO系统相关技术的研究吸引了研究人员的关通信模式，D2D通信如何与蜂窝通信共享资源，是注,如单个小区情况下,基站配有大大超过移动台天采用正交的方式，还是复用的方式，是复用系统的上线数量的天线的多用户MIMO系统的研究等。进而,行还是下行资源，这些问题都增加了D2D辅助通信2010年,贝尔实验室的Marzetta研究了多小区、TDD系统资源调度的复杂性和对用户的干扰，直接影响(timedivisionduplexing)情况下,各基站配置无限数量到用户体验。所以研究基于D2D通信的资源分配优天线的极端情况的多用户MIMO技术,提出了大规模化调度算法具有非常重要的意义。

2)实时性和可靠性问题:在未来5G网络中，通在D2D通信过程中，如何根据用户需求和服务类型满足设备之间通信的实时性和可靠性，是D2D技术中的研究内容之一。

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MIMO(largescaleMIMO,或者称MassiveMIMO)的概念，发现了一些与单小区、有限数量天线时的不同配置有限天线数量的情况。在大规模MIMO中,基站配置数量非常大(通常几十到几百根,是现有系统天线数量的1?2个数量级以上)的天线,在同一个时频

信时延和可靠性将是评价通信性能好坏的指标之一。特征。之后,众多的研究人员在此基础上研究了基站

资源上同时服务若干个用户。在天线的配置方式上,这些天线可以是集中地配置在一个基站上,形成集中式的大规模MIMO,也可以是分布式地配置在多个节点上,形成分布式的大规模MIMO。值得一提的是,我国学者在分布式MIMO的研究一直走在国际的前列。

大规模MIMO带来的好处主要体现在以下几个方面:

第一,大规模MIMO的空间分辨率与现有MIMO相比显著增强,能深度挖掘空间维度资源,使得网络中的多个用户可以在同一时频资源上利用大规模MIMO提供的空间自由度与基站同时进行通信,从而在不需要增加基站密度和带宽的条件下大幅度提高频谱效率。

第二,大规模MIMO可将波束集中在很窄的范围内,从而大幅度降低干扰。

第三,可大幅降低发射功率,从而提高功率效率。第四,当天线数量足够大时,最简单的线性预编码和线性检测器趋于最优,并且噪声和不相关干扰都可忽略不计。

近两年针对大规模MIMO技术的研究工作主要码技术、信道估计与信号检测技术等方面,但还存在一些问题:由于理论建模和实测模型工作较少,还没有被广泛认可的信道模型;由于需要利用信道互易性减少信道状态信息获取的开销,目前的传输方案大都假设采用TDD系统,用户都是单天线的,并且其数量加,开销较大,信号检测和预编码都需要高维矩阵运算,复杂度高,并且由于需要利用上下行信道的互易duplexing)系统;在分析信道容量及传输方案的性能时,大都假设独立同分布信道,从而认为导频污染是大规模MIMO的瓶颈问题,使得分析结果存在明显的局限性,等等。因此,为了充分挖掘大规模MIMO的

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潜在技术优势,需要深入研究符合实际应用场景的信道模型,分析其对信道容量的影响,并在实际信道模型、适度的导频开销、可接受的实现复杂度下,分析其可达的频谱效率、功率效率,并研究最优的无线传输方法、信道信息获取方法、多用户共享空间无线资源的联合资源调配方法。

针对以上问题的研究,存在诸多的挑战,但随着研究的深入,大规模MIMO在5G中的应用被寄予了厚望,可以预计,大规模MIMO技术将成为5G区别于现有系统的核心技术之一。

4.4高频传输技术

由于各类无线通信和无线应用的快速发展，各国的低频段频谱资源都已经十分紧张，很难找到适合5G技术应用的新频段。同时，为了保证5G技术所需要的更大传输带宽，各种射频器件也势必要调整到更好的工作频率上。因此，未来5G技术须向高频段扩展，尤其是毫米波频段，该频段频谱资源丰富，具有连续的大带宽，可以满足短距离高速传输的需求。

目前，各大通信企业和研究机构都在积极进行相37GHz频段的信道传播特性进行了信道测量，并研发了基于28GHz频段的系统设备样机，经过实地验证，样机已经达到了1Gbit/s的下载速率，证明了高频段在移动通信特定场景下应用的可行性。

但是，由于电磁传播的特性，高频传输目前还面高的电磁波路径损耗越大。例如，60GHz的电磁波路径损耗要比5GHz的电子波高出20多个dB。同时，与用户间的直视径受到阻挡，传输性能将显著下降。另外，高频段器件的技术难度较大，相关工艺还不成熟，因此，高频段相关器件较少且价格较贵，给高频段通信带来很大的技术挑战。

集中在信道模型、容量和传输技术性能分析、预编关研究工作。例如，韩国三星公司已经对28GHz和

远小于基站天线数量。导频数量随用户数量线性增临很多实际的困难。由于空气的吸收作用，频段越

性,难以适应高速移动场景和FDD(frequencydivision高频段传输以直射路径为主，绕射能力较差，当基站

5

5.1

5G技术发展趋势

网络融合

网络融合充分利用已有的资源，节约成本，正符

5.3技术创新

频率资源有限但是需求无限，这就决定了固定频率分配不再适用。如果可以动态感知业务状况，实时调整系统参数、使用频率，对空闲频段加以利用，就能大大提高频谱使用率，这就是感知无线电技术。未来5G需要最大可能的提高频谱效率。

传统移动通信主要集中在3GHz以下的频段，移动性较好，但是3GHz毕竟有限，早已拥挤不堪，而在高频段还有大量资源等待开发。眼下，小覆盖蜂窝网络系统大多在3GHz到6GHz之间，未来需要在6GHz及以上频段，来满足日益增长的容量，速率需求。

合通信移动系统的可持续性要求。5G将更加促进网络融合的趋势，包括：不同领域的跨界融合，多业务系统的融合以及2G,3G,4G的网络融合。

通信技术与信息，电子技术不可分离，跨界融合在网络架构、系统效果以及终端、应用方面都有一定影响。而无线业务也早已普及开来，电信网、广播电视网、互联网三网深入生活，卫星通信与地面移动融合、宽带接入与移动蜂窝融合，都给人们提供更丰富的服务。移动通信网络方面，2G，3G主要是语音业务，4G的TDD、FDD主要承载数据业务，WLAN使承载移动数据业务的重要补充。彼此之间优势互补，充分融合能实现低成本高效率的均衡发展。

6结束语

按照移动通信的发展规律,5G技术将在2020年之后实现商用,其基本发展目标是满足未来移动互联网业务飞速增长的需求,并为用户带来新的业务体

5.2LTE与LTE-A的进一步演进

LTE、LTE-A作为4G的主导技术，大大改善了网

验。5G技术的研究尚处于初期阶段,今后几年将是确定其技术需求、关键指标和使能技术的关键时期。5G移动通信系统容量的提升将从频谱效率的进一步提高、网络结构的变革和新型频谱资源开发与利用

络性能，对5G的研究意义重大。LTE最主要特征是

多天线技术，他的发展有可能使得频谱效率提高数技术等途径加以实现,将派生出一系列新的无线移动十倍。有源天线基础上分离垂直方向的多阵子，引通信核心支撑关键技术。结合5G移动通信的最新发入有源天线阵列，实现3D-MIMO，支持多波束智能

展趋势,本文对富有发展前景的5G移动通信系统若

赋形、多用户服用，并且互相干扰减小。而Massive干关键技术进行了评述,并对国内移动通信的研发活MIMO技术与时空编码的结合，很大程度上提高空间动和推进目标进行了介绍。随着研究的不断深入,5G复用效率，系统容量提升。

目前产业认为达到5G目标需要使无线网络容量增加1000倍。粗略的来讲，需要使频谱效率增加6倍，带宽增加3倍，网络密度增加56倍。

5G可能采用大规模的MIMO技术、同频全双工技术等提高频谱效率；开发高频段通信，利用宽载波来增加带宽；广泛应用小基站等等来增加网络密集度。

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关键支撑技术将逐步得以明确,并在未来几年内进入实质性的标准化研究与制定阶段。

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