淺析G的核心技術

1、前言 隨著技術的不斷發(fā)展，未來的網(wǎng)絡將會面對：隨著技術的不斷發(fā)展，未來的網(wǎng)絡將會面對： 1000倍的數(shù)據(jù)容量增長，倍的數(shù)據(jù)容量增長，10到到100倍的無線設備倍的無線設備 連接，連接，10到到100倍的用戶速率需求，倍的用戶速率需求，10倍長的電倍長的電 池續(xù)航時間需求等等。池續(xù)航時間需求等等。 移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)是未來移動通信發(fā)展的兩大移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)是未來移動通信發(fā)展的兩大 驅(qū)動力驅(qū)動力.坦白的講，坦白的講，4G網(wǎng)絡無法滿足這些需求，所網(wǎng)絡無法滿足這些需求，所 以以5G就必須登場。本文主要對就必須登場。本文主要對5G網(wǎng)絡的網(wǎng)絡的 非正交多非正交多 址接入技術址接入技術, 高頻段輸出，高頻

2、段輸出，D2D通信，通信， 超密集組網(wǎng)超密集組網(wǎng) 及及 大規(guī)模大規(guī)模MIMO 等技術特點做了相關介紹，并對等技術特點做了相關介紹，并對 5G的未來發(fā)展進行展望。的未來發(fā)展進行展望。 一背景一背景 隨著人類社會的不斷發(fā)展，現(xiàn)如今的移動通信技術 將會慢慢的難以滿足人們對通信網(wǎng)絡的各方面的需 求。對于這些形式，將對5G（the fifth generation mobile communication network）在頻率，技術， 運營等方面帶來新的挑戰(zhàn)，未來，5G的發(fā)展成為業(yè) 界研究重點。 智能終端（移動終端） 多人視頻通話，3D電影，游戲以及超高畫質(zhì)（UHD） 節(jié)目 二二5G技術特點技術特點

3、2.1非正交多址接入技術非正交多址接入技術 非正交多址技術（非正交多址技術（Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA）的基本思想是）的基本思想是 在發(fā)送端采用非正交發(fā)送，主動引入干在發(fā)送端采用非正交發(fā)送，主動引入干 擾信息，在接收端通過串行干擾刪除擾信息，在接收端通過串行干擾刪除 （SIC）接收機實現(xiàn)正確解調(diào)）接收機實現(xiàn)正確解調(diào)。 NOMA的子信道傳輸依然采用正交頻分復的子信道傳輸依然采用正交頻分復 用（用（OFDM）技術，子信道之間是正交的，）技術，子信道之間是正交的， 互不干擾，但是一個子信道上不再只分互不干擾，但是一個子信道上不再只分 配給一個用戶，而是多個

4、用戶共享。同配給一個用戶，而是多個用戶共享。同 一子信道上不同用戶之間是非正交傳輸，一子信道上不同用戶之間是非正交傳輸， 這樣就會產(chǎn)生用戶間干擾問題，這也就這樣就會產(chǎn)生用戶間干擾問題，這也就 是在接收端要采用是在接收端要采用SIC技術進行多用戶檢技術進行多用戶檢 測的目的。測的目的。 2.1.1非正交多址技術（NOMA）的優(yōu)點： 1.干擾低 2.高速運動的情況下傳輸效率也很好 3.多用戶共享高速傳輸效率（容量大） 2.2 高頻段傳輸高頻段傳輸 移動通信移動通信傳統(tǒng)工作頻段主要集中在傳統(tǒng)工作頻段主要集中在3GHz以下，這使得頻譜以下，這使得頻譜 資源十分擁擠，而在高頻段資源十分擁擠，而在高頻段(

5、如毫米波、厘米波頻段如毫米波、厘米波頻段)可用頻可用頻 譜資源豐富，能夠有效緩解頻譜資源緊張的現(xiàn)狀，可以實現(xiàn)譜資源豐富，能夠有效緩解頻譜資源緊張的現(xiàn)狀，可以實現(xiàn) 極高速短距離通信，支持極高速短距離通信，支持5G容量和傳輸速率等方面的需求容量和傳輸速率等方面的需求。 高頻段在移動通信中的應用是未來的發(fā)展趨勢，業(yè)界對此高高頻段在移動通信中的應用是未來的發(fā)展趨勢，業(yè)界對此高 度關注。足夠量的可用帶寬、小型化的天線和設備、較高的度關注。足夠量的可用帶寬、小型化的天線和設備、較高的 天線增益是高頻段毫米波移動通信的主要優(yōu)點，但也存在傳天線增益是高頻段毫米波移動通信的主要優(yōu)點，但也存在傳 輸距離短、穿透和

6、繞射能力差、容易受氣候環(huán)境影響等缺點。輸距離短、穿透和繞射能力差、容易受氣候環(huán)境影響等缺點。 射頻器件、系統(tǒng)設計等方面的問題也有待進一步研究和解決。射頻器件、系統(tǒng)設計等方面的問題也有待進一步研究和解決。 2.2.1高頻段傳輸高頻段傳輸 可用頻帶寬，可提供幾十GHz帶寬 波束集中，提高能效 方向性好，受干擾影響小 優(yōu)勢 路徑損耗大，不適合遠程通信 受空氣和雨水等影響較大 繞射能力差，NLOS受限 如何實現(xiàn)隨機接入 硬件實現(xiàn)復雜度高（例如高速A/D和 D/A的設計有很大挑戰(zhàn)） 挑戰(zhàn) 高頻段帶寬資源尚待開發(fā) 60GHz頻段 毫米波 (mmWave, 30300 GHz, 110 mm, 廣義毫米波包

7、含2030 GHz) 10400 GHz頻段大氣衰減 衛(wèi)星 軍事 毫米波通信開發(fā)高頻段 p 毫米波可用于室內(nèi)短距離通信，也可為5G移動通信系統(tǒng)提供回程鏈路 2.3 D2D通信通信 傳統(tǒng)的蜂窩通信系統(tǒng)的組網(wǎng)傳統(tǒng)的蜂窩通信系統(tǒng)的組網(wǎng)方式方式： 以以基站為中心實現(xiàn)小區(qū)覆蓋，而基站基站為中心實現(xiàn)小區(qū)覆蓋，而基站 及中繼站無法移動，其網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)在靈及中繼站無法移動，其網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)在靈 活度上有一定的限制。隨著無線多媒活度上有一定的限制。隨著無線多媒 體業(yè)務不斷增多，傳統(tǒng)的以基站為中體業(yè)務不斷增多，傳統(tǒng)的以基站為中 心的業(yè)務提供方式已無法滿足海量用心的業(yè)務提供方式已無法滿足海量用 戶在不同環(huán)境下的業(yè)務需求戶在不

8、同環(huán)境下的業(yè)務需求。如圖所如圖所 示：示： D2D通信系統(tǒng)的組網(wǎng)方式：通信系統(tǒng)的組網(wǎng)方式： D2D技術無需借助基站的幫助就能夠技術無需借助基站的幫助就能夠 實現(xiàn)通信終端之間的直接通信，拓展實現(xiàn)通信終端之間的直接通信，拓展 網(wǎng)絡連接和接入方式。由于短距離直網(wǎng)絡連接和接入方式。由于短距離直 接通信，信道質(zhì)量高，接通信，信道質(zhì)量高，D2D能夠?qū)崿F(xiàn)能夠?qū)崿F(xiàn) 較高的數(shù)據(jù)速率、較低的時延和較低較高的數(shù)據(jù)速率、較低的時延和較低 的功耗的功耗;通過廣泛分布的終端，能夠改通過廣泛分布的終端，能夠改 善覆蓋，實現(xiàn)頻譜資源的高效利用善覆蓋，實現(xiàn)頻譜資源的高效利用;支支 持更靈活的網(wǎng)絡架構(gòu)和連接方法，提持更靈活的網(wǎng)絡

9、架構(gòu)和連接方法，提 升鏈路靈活性和網(wǎng)絡可靠性。目前，升鏈路靈活性和網(wǎng)絡可靠性。目前， D2D采用廣播、組播和單播技術方案，采用廣播、組播和單播技術方案， 未來將發(fā)展其增強技術，包括基于未來將發(fā)展其增強技術，包括基于 D2D的中繼技術、多天線技術和聯(lián)合的中繼技術、多天線技術和聯(lián)合 編碼技術等。蜂窩網(wǎng)中的編碼技術等。蜂窩網(wǎng)中的 D2D 通信示通信示 意圖如右：意圖如右： 2.4 超密集組網(wǎng)超密集組網(wǎng) 超密集網(wǎng)絡能夠改善網(wǎng)絡覆蓋，大幅度 提升系統(tǒng)容量，并且對業(yè)務進行分流， 具有更靈活的網(wǎng)絡部署和更高效的頻率 復用。未來，面向高頻段大帶寬，將采 用更加密集的網(wǎng)絡方案，部署小區(qū)/扇區(qū) 將高達100個以上

10、。與此同時，愈發(fā)密集 的網(wǎng)絡部署也使得網(wǎng)絡拓撲更加復雜， 小區(qū)間干擾已經(jīng)成為制約系統(tǒng)容量增長 的主要因素，極大地降低了網(wǎng)絡能效。 干擾消除、小區(qū)快速發(fā)現(xiàn)、密集小區(qū)間 協(xié)作、基于終端能力提升的移動性增強 方案等，都是目前密集網(wǎng)絡方面的研究 熱點。 超密集組網(wǎng)超密集組網(wǎng)的特點： 以下是網(wǎng)絡架構(gòu)部署特點：未來將從以下是網(wǎng)絡架構(gòu)部署特點：未來將從 傳統(tǒng)的移動蜂窩方式轉(zhuǎn)向分布式的、傳統(tǒng)的移動蜂窩方式轉(zhuǎn)向分布式的、 異構(gòu)的新型通信方式，網(wǎng)絡種類繁多。異構(gòu)的新型通信方式，網(wǎng)絡種類繁多。 密集組網(wǎng)下的密集組網(wǎng)下的 LTE-B 異構(gòu)網(wǎng)絡部署異構(gòu)網(wǎng)絡部署 場景如圖場景如圖2所示，小區(qū)的部署更加密所示，小區(qū)的部署更

11、加密 集，單個小區(qū)的覆蓋范圍大大縮小集，單個小區(qū)的覆蓋范圍大大縮小。 圖中圖中，將，將MACRO作為網(wǎng)絡的基石，作為網(wǎng)絡的基石， P,F和和R 等低功率基站則用來消除只等低功率基站則用來消除只 有有 MARCOCELL（宏蜂窩）（宏蜂窩） 時的覆時的覆 蓋盲區(qū)，能有效分擔宏蜂窩的負擔，蓋盲區(qū)，能有效分擔宏蜂窩的負擔， 提供低時延、高可靠的用戶體驗。提供低時延、高可靠的用戶體驗。 2.5大規(guī)模大規(guī)模 MIMO MIMO(multiple input multiple output) 現(xiàn)有4G網(wǎng)絡的 8 端口多用戶MIMO不能滿足頻譜效 率和能量效率的數(shù)量級提升需求，而大規(guī)模 MIMO系 統(tǒng)可以顯

12、著提高頻譜效率和能量效率。大規(guī)模MIMO 技術是MIMO技術的擴展和延伸，其基本特征是在基 站側(cè)配置大規(guī)模的天線陣列( 從幾十至幾千) ，其中 基站天線的數(shù)量比每個信令資源的設備數(shù)量大得多， 利用空分多址原理，同時服務多個用戶.此外，大規(guī) 模 MIMO系統(tǒng)中，使用簡單的線性預編碼和檢測方法， 噪聲和快速衰落對系統(tǒng)的影響將逐漸消失，因此小 區(qū)內(nèi)干擾也得到了降低.這些優(yōu)勢使得大規(guī)模 MIMO 系統(tǒng)成為5G 的一大潛在關鍵技術。 三.總結(jié) 5G是基于第四代移動通信的演是基于第四代移動通信的演 進，其未來的發(fā)展方向必定以進，其未來的發(fā)展方向必定以 “人的體驗人的體驗”為中心，在終端、為中心，在終端、

13、無線、業(yè)務、網(wǎng)絡等領域進行無線、業(yè)務、網(wǎng)絡等領域進行 融合以及創(chuàng)新。同時，融合以及創(chuàng)新。同時，5G在用在用 戶感知、獲取、參與和控制信戶感知、獲取、參與和控制信 息的能力上帶來革命性的影響。息的能力上帶來革命性的影響。 5G網(wǎng)未來將會結(jié)合蜂窩網(wǎng)和局網(wǎng)未來將會結(jié)合蜂窩網(wǎng)和局 域網(wǎng)的優(yōu)點，形成一個更加智域網(wǎng)的優(yōu)點，形成一個更加智 能、友好的環(huán)境。能、友好的環(huán)境。 謝謝觀看 二二5G技術特點技術特點 2.1非正交多址接入技術非正交多址接入技術 非正交多址技術（非正交多址技術（Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA）的基本思想是）的基本思想是 在發(fā)送端采用非正交發(fā)送，主

14、動引入干在發(fā)送端采用非正交發(fā)送，主動引入干 擾信息，在接收端通過串行干擾刪除擾信息，在接收端通過串行干擾刪除 （SIC）接收機實現(xiàn)正確解調(diào)）接收機實現(xiàn)正確解調(diào)。 NOMA的子信道傳輸依然采用正交頻分復的子信道傳輸依然采用正交頻分復 用（用（OFDM）技術，子信道之間是正交的，）技術，子信道之間是正交的， 互不干擾，但是一個子信道上不再只分互不干擾，但是一個子信道上不再只分 配給一個用戶，而是多個用戶共享。同配給一個用戶，而是多個用戶共享。同 一子信道上不同用戶之間是非正交傳輸，一子信道上不同用戶之間是非正交傳輸， 這樣就會產(chǎn)生用戶間干擾問題，這也就這樣就會產(chǎn)生用戶間干擾問題，這也就 是在接收端

15、要采用是在接收端要采用SIC技術進行多用戶檢技術進行多用戶檢 測的目的。測的目的。 2.1.1非正交多址技術（NOMA）的優(yōu)點： 1.干擾低 2.高速運動的情況下傳輸效率也很好 3.多用戶共享高速傳輸效率（容量大） 2.2 高頻段傳輸高頻段傳輸 移動通信移動通信傳統(tǒng)工作頻段主要集中在傳統(tǒng)工作頻段主要集中在3GHz以下，這使得頻譜以下，這使得頻譜 資源十分擁擠，而在高頻段資源十分擁擠，而在高頻段(如毫米波、厘米波頻段如毫米波、厘米波頻段)可用頻可用頻 譜資源豐富，能夠有效緩解頻譜資源緊張的現(xiàn)狀，可以實現(xiàn)譜資源豐富，能夠有效緩解頻譜資源緊張的現(xiàn)狀，可以實現(xiàn) 極高速短距離通信，支持極高速短距離通信，支持5G容量和傳輸速率等方面的需求容量和傳輸速率等方面的需求。 高頻段在移動通信中的應用是未來的發(fā)展趨勢，業(yè)界對此高高頻