移動通信5G關(guān)鍵技術(shù)

1、5G移動通信關(guān)鍵技術(shù)移動通信關(guān)鍵技術(shù)2/59 5G關(guān)鍵傳輸技術(shù)關(guān)鍵傳輸技術(shù) 5G新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 5G發(fā)展需求與挑戰(zhàn)發(fā)展需求與挑戰(zhàn) 相關(guān)研究基礎(chǔ)相關(guān)研究基礎(chǔ)提綱提綱2/595G發(fā)展需求發(fā)展需求 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3/594/595G發(fā)展需求發(fā)展需求 移動通信將持續(xù)快速發(fā)展移動通信將持續(xù)快速發(fā)展p用戶數(shù)、連接設(shè)備數(shù)、數(shù)據(jù)量均持續(xù)呈指數(shù)式增長。VNI Global Mobile Data Traffic Forecast 2013-2018, Cisco, 2014 The Mobile Economy, GSM

2、A, 2014 Internet of Things, Cisco, 2013 IMT-2020 Summit, Samsung, 20141EB=1000PB1PB=1000TB4/595/595G發(fā)展需求發(fā)展需求 新型移動業(yè)務(wù)層出不窮新型移動業(yè)務(wù)層出不窮p云操作、虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實、智能設(shè)備、智能交通、遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程控制等各種應(yīng)用對移動通信要求日益增加5/596/595G發(fā)展需求發(fā)展需求 用戶體驗要求不斷提升用戶體驗要求不斷提升千億設(shè)備連接 （無處不在）海量數(shù)據(jù)傳輸 （大數(shù)據(jù)）所觸即所得的用戶體驗 （高QoE）6/597/595G發(fā)展需求發(fā)展需求 4G4G移動通信技術(shù)無法滿足未來的業(yè)務(wù)和用

3、戶體驗需求移動通信技術(shù)無法滿足未來的業(yè)務(wù)和用戶體驗需求移動發(fā)展需求與4G業(yè)務(wù)服務(wù)能力的對比TU-R WP5D/TEMP/390-E 任何時間(Anytime)、任何地點(Anywhere)的一一致用戶體驗致用戶體驗用戶密集度高的區(qū)域高速移動場景極低時延需求7/598/595G發(fā)展需求發(fā)展需求 5G5G移動通信技術(shù)研究已在全球全面開展移動通信技術(shù)研究已在全球全面開展5G IC8/599/595G發(fā)展需求發(fā)展需求 中國中國IMT-2020(5G)IMT-2020(5G)推進(jìn)組關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)要求推進(jìn)組關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)要求9/5910/595G發(fā)展需求發(fā)展需求5G關(guān)鍵性能指標(biāo)與已有標(biāo)準(zhǔn)的對比關(guān)鍵性能指標(biāo)與已

4、有標(biāo)準(zhǔn)的對比10/595G發(fā)展需求發(fā)展需求 多頻段、多接入模式、小的覆蓋半徑給網(wǎng)絡(luò)技術(shù)帶來挑戰(zhàn) 新型通信技術(shù)和高頻段開發(fā)給半導(dǎo)體技術(shù)帶來挑戰(zhàn) 海量設(shè)備帶來的能耗增加為綠色通信的要求帶來挑戰(zhàn) 信道在高速移動條件下的惡化和高頻段信道的開發(fā)為高傳輸速率技術(shù)帶來挑戰(zhàn) 有限的頻譜資源一直以來制約著無線通信系統(tǒng)性能提升 小區(qū)密集化以及移動設(shè)備的增加導(dǎo)致的干擾制約網(wǎng)絡(luò)容量增長和傳輸速率增加11/5912/59TDMAGSMNSSCDMATD-SCDMAWCDMACDMA-2000GPRS Core NetworkOFDM、MIMOLTE-AWiMAXSAE5G4G3G2G？5G發(fā)展需求發(fā)展需求 為了實現(xiàn)為了

5、實現(xiàn)5G5G發(fā)展目標(biāo)，需要什么關(guān)鍵技術(shù)？發(fā)展目標(biāo)，需要什么關(guān)鍵技術(shù)？5G通信性能的提升不是單靠一種技術(shù)，需要多種技術(shù)相互配合共同實現(xiàn)。12/5913/59 5G關(guān)鍵傳輸技術(shù)關(guān)鍵傳輸技術(shù) 5G新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 5G發(fā)展需求與挑戰(zhàn)發(fā)展需求與挑戰(zhàn) 相關(guān)研究基礎(chǔ)相關(guān)研究基礎(chǔ)提綱提綱13/59關(guān)鍵傳輸技術(shù)關(guān)鍵傳輸技術(shù)總覽總覽頻譜拓展技術(shù)頻效提升技術(shù)能效提升技術(shù)覆蓋增強技術(shù)多址技術(shù)、用戶調(diào)度、資源分配、用戶/網(wǎng)絡(luò)協(xié)作超密異構(gòu)組網(wǎng)D2D、M2M大規(guī)模天線、FBMC、空間調(diào)制認(rèn)知無線電、毫米波、可見光綠色通信干擾管理增加覆蓋增加信道增加帶寬增加SINR14/5915/59關(guān)鍵傳輸技術(shù)（關(guān)鍵傳輸技術(shù)（1

6、）認(rèn)知無線電認(rèn)知無線電2014年7月，國家無線電監(jiān)測中心和全球移動通信系統(tǒng)協(xié)會發(fā)布450MHz-5GHz關(guān)注頻段頻譜資源評估報告，給出了北京、成都和深圳等城市部分無線電頻譜占用統(tǒng)計數(shù)字。 p 統(tǒng)計結(jié)果表明，5GHz以下所關(guān)注頻段大部分的使用率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于10%，說明5GHz以下頻段使用效率有大量的提升空間。p 為了提高頻譜利用率，未來5G需要采用認(rèn)知無線電技術(shù) 認(rèn)知無線電認(rèn)知無線電提高已分配頻譜的利用效率提高已分配頻譜的利用效率15/5916/59關(guān)鍵傳輸技術(shù)（關(guān)鍵傳輸技術(shù)（2）頻譜拓展技術(shù)頻譜拓展技術(shù)03GHz6GHz60GHz2G/3G/4G re-farmingWRC-15 AI 1.2 c

7、andidate bands below 6GHz Potential bands above 6GHz for 2020s Global interest bands for WRC-156GHz)頻譜分配原則優(yōu)先保障移動通信的頻譜資源技術(shù)上可以實現(xiàn)連續(xù)500MHz帶寬可用能與其他系統(tǒng)共存增加帶寬是增加容量和傳輸速率最直接的方法6GHz以下頻譜資源稀缺6GHz以上頻譜資源豐富16/5917/59關(guān)鍵傳輸技術(shù)（關(guān)鍵傳輸技術(shù)（2）頻譜拓展技術(shù)頻譜拓展技術(shù) 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(yuǎn)程通信 受空氣和雨水等影響較大 繞射能力

8、差，NLOS受限 如何實現(xiàn)隨機接入 硬件實現(xiàn)復(fù)雜度高（例如高速A/D和D/A的設(shè)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, 廣義毫米波包含2030 GHz)10400 GHz頻段大氣衰減衛(wèi)星軍事 毫米波通信毫米波通信開發(fā)高頻段開發(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Backhaul鏈路17/5918/59關(guān)鍵傳輸技術(shù)（關(guān)鍵傳輸技術(shù)（2）頻譜拓展技術(shù)頻譜拓展技術(shù) 毫米波通信技術(shù)目前已經(jīng)實現(xiàn)10Gbps的傳輸速率 據(jù)預(yù)測，未來毫米波通信速率可快于光纖速率（faster than fiber）J

9、. Wells, Faster than fiber: The future of multi-G/s wireless, IEEE Microwave Magazine, vol. 10, pp. 104-112, 2009.40GHz以上頻段分配的商用帶寬達(dá)幾十GHz。商用帶寬分配，40GHz以下比較窄p 要實現(xiàn)更高的傳輸速率，需要更高的載波頻譜10GHz以下頻段，僅能達(dá)到幾十Mbps10-40GHz頻段，僅能達(dá)到幾百Mbps60-80GHz頻段，可達(dá)1Gbps100GHz以上，可達(dá)10Gbps 毫米波通信毫米波通信開發(fā)高頻段開發(fā)高頻段18/5919/59 可見光通信可見光通信（Visua

10、l light communication: VLCVisual light communication: VLC）關(guān)鍵傳輸技術(shù)（關(guān)鍵傳輸技術(shù)（2）頻譜拓展技術(shù)頻譜拓展技術(shù)可見光頻譜帶寬是無線電頻譜帶寬的萬倍380 nm780nm 信號源為信號源為LED，成本低、功耗低，成本低、功耗低 可實現(xiàn)高速率傳輸可實現(xiàn)高速率傳輸(3.5Gbps per LED) 不易穿透障礙物，干擾小不易穿透障礙物，干擾小 可在照明的同時提供通信可在照明的同時提供通信優(yōu)勢優(yōu)勢 目前僅能實現(xiàn)單向通信，如何實現(xiàn)雙向通信 可見光通信和射頻通信的無縫切換等挑戰(zhàn)p 可見光通信在5G中可用于室內(nèi)短距離通信、車聯(lián)網(wǎng)通信、水下通信等1

11、9/5920/59關(guān)鍵傳輸技術(shù)（關(guān)鍵傳輸技術(shù)（2）頻譜拓展技術(shù)頻譜拓展技術(shù)已有研究表明，光attocell的譜效比射頻Femtocell的譜效最高提升近3個數(shù)量級H. Haas, High-speed wireless networking using visible light, SPIE Newsroom, 2013.可見光通信可顯著改善室內(nèi)通信傳輸速率Attocell和Femtocell的單位面積頻譜效率(ASE)比值測試條件：3層辦公樓被7個LTE宏基站包圍，樓層間損耗FL=17dB，內(nèi)墻損耗為12dB，外墻損耗為20dB. 紅色小點表示Attocell的可見光基站，綠色菱形表示Fem

12、tocell的射頻基站。 可見光通信可見光通信（Visual Light Communication: VLCVisual Light Communication: VLC）20/5921/59關(guān)鍵傳輸技術(shù)（關(guān)鍵傳輸技術(shù)（3）大規(guī)模天線技術(shù)大規(guī)模天線技術(shù)4G：3GPP LTE-A標(biāo)準(zhǔn)4G：3GPP LTE標(biāo)準(zhǔn)5G3G：WCDMA HSPA+標(biāo)準(zhǔn)大規(guī)模天線：基站使用大規(guī)模天線陣列（幾十甚至上百根天線）支持SISO，22MIMO，44MIMO。下行峰值速率100Mb/s。支持22MIMO，下行峰值速率42Mb/s最多支持88MIMO，下行峰值速率1Gb/s3G：WCDMA HSPA標(biāo)準(zhǔn)只能使用SI

13、SO，下行峰值速率7.2Mb/s MIMOMIMO技術(shù)的演進(jìn)技術(shù)的演進(jìn)21/59關(guān)鍵傳輸技術(shù)（關(guān)鍵傳輸技術(shù)（3）大規(guī)模天線技術(shù)大規(guī)模天線技術(shù)何為大規(guī)模天線：大量天線為相對少的用戶提供同傳服務(wù)系統(tǒng)容量10倍100倍能量效率發(fā)射能量 * 為基站天線數(shù)目 大規(guī)模天線大規(guī)模天線有效提高譜效率 系統(tǒng)容量和能量效率大幅度提升 上行和下行發(fā)射能量都將減少 用戶間信道正交，干擾和噪聲將被消除 信道的統(tǒng)計特性趨于穩(wěn)定優(yōu)勢 信道狀態(tài)信息獲?。▽?dǎo)頻污染問題） 信道測量與建模（不同場景信道） 發(fā)射機和接收機設(shè)計（降低復(fù)雜度） 天線單元及陣列設(shè)計（低能耗天線）挑戰(zhàn)p 大規(guī)模天線被公認(rèn)為5G關(guān)鍵技術(shù)之一22/59關(guān)鍵傳輸

14、技術(shù)（關(guān)鍵傳輸技術(shù)（3）大規(guī)模天線技術(shù)大規(guī)模天線技術(shù) 大規(guī)模天線應(yīng)用場景：中心式天線系統(tǒng)大規(guī)模天線應(yīng)用場景：中心式天線系統(tǒng) 適用于宏蜂窩小區(qū)，中心基站使用大規(guī)模天線 微小區(qū)為大部分用戶提供服務(wù)，而大規(guī)模天線基站為微小區(qū)范圍外的用戶提供服務(wù)，同時對微小區(qū)進(jìn)行控制和調(diào)度（demo: NTT docomo）23/5924/59關(guān)鍵傳輸技術(shù)（關(guān)鍵傳輸技術(shù)（3）大規(guī)模天線技術(shù)大規(guī)模天線技術(shù) 大規(guī)模天線應(yīng)用場景：分布式天線系統(tǒng)大規(guī)模天線應(yīng)用場景：分布式天線系統(tǒng) 多根天線分布在區(qū)域內(nèi)聯(lián)合處理(C-RAN) 適用于高用戶密度或者室內(nèi)場景24/5925/59關(guān)鍵傳輸技術(shù)（關(guān)鍵傳輸技術(shù)（4）新型傳輸波形技術(shù)新型傳

15、輸波形技術(shù) OFDMOFDM傳輸波形技術(shù)傳輸波形技術(shù) OFDM是當(dāng)前Wi-Fi和LTE標(biāo)準(zhǔn)中的高速無線通信的主要傳信模式 頻譜利用效率高（與傳統(tǒng)FDM相比，提高一倍） 抗頻率選擇性衰落 利用FFT/IFFT模塊，容易實現(xiàn)優(yōu)勢優(yōu)勢 載波頻偏導(dǎo)致碼間串?dāng)_和用戶間干擾 循環(huán)前綴（CP）降低了頻效和能效 毫米波頻段的實現(xiàn)（如超寬帶寬、高頻功放等）挑戰(zhàn)挑戰(zhàn)p OFDM是未來5G的關(guān)鍵傳輸波形技術(shù)，其性能仍有提升空間Channel OFDMmod.(IFFT)CPinsertion NoiseOFDMdemod.(FFT)CPremoval TransmitterReceiver LTE CP配配置置子載

16、波子載波間隔間隔 CP長度長度有用符號長有用符號長度度CP比例比例常規(guī)CP15kHz5.21 4.69s67.7s7.2%6.5%擴展CP15kHz16.67s67.7s20%LTE CP配配置置子載波子載波間隔間隔 CP比例比例常規(guī)CP15kHz5.21 4.69s67.7s7.2%6.5%擴展CP15kHz16.67s67.7s20%25/5926/59關(guān)鍵傳輸技術(shù)（關(guān)鍵傳輸技術(shù)（4）新型傳輸波形技術(shù)新型傳輸波形技術(shù) 新型新型傳輸波形技術(shù)傳輸波形技術(shù)濾波器組多載波濾波器組多載波 （Filterbank Filterbank multicarriermulticarrier：FBMCFBMC

17、）Channel OFDMmod.(IFFT)Tx Filter Bank NoiseOFDMdemod.(FFT)Rx Filter Bank TransmitterReceiver u 用濾波器組替代CP 對載波頻偏不敏感 提高了頻效和能效傳統(tǒng)OFDM功率譜FBMC功率譜 除了FBMC外，還有多種波形改進(jìn)技術(shù)，如time-Frequency Packing, sparse code multiple access, generalized frequency division multiplexing等 各種改進(jìn)的傳輸波形技術(shù)為5G性能提升提供多樣選擇G. Wunder, P. Jung,

18、 M. Kasparick, T. Wild, F. Schaich, C. Yejian, et al., 5GNOW: non-orthogonal, asynchronous waveforms for future mobile applications, IEEE Communications Magazine, vol. 52, pp. 97-105, 2014.V. Vakilian, T. Wild, F. Schaich, S. ten Brink, and J. F. Frigon, Universal-filtered multi-carrier technique fo

19、r wireless systems beyond LTE, in proc. IEEE Globecom Workshops, 2013 , pp. 223-228.26/5927/59關(guān)鍵傳輸技術(shù)（關(guān)鍵傳輸技術(shù)（5）非正交多址接入技術(shù)非正交多址接入技術(shù)1G2G3G4G 可規(guī)避用戶間干擾 系統(tǒng)實現(xiàn)容易優(yōu)勢 根據(jù)信息論，正交多址系統(tǒng)可達(dá)容量可達(dá)容量次優(yōu)次優(yōu)挑戰(zhàn) 正交多址接入技術(shù)正交多址接入技術(shù) 已有通信標(biāo)準(zhǔn)都采用正交接入技術(shù)27/5928/59關(guān)鍵傳輸技術(shù)（關(guān)鍵傳輸技術(shù)（5）非正交多址接入技術(shù)非正交多址接入技術(shù)1G2G3G4G 正交多址接入技術(shù)正交多址接入技術(shù) 已有通信標(biāo)準(zhǔn)都采用正交接入技術(shù)

20、SNR1=20dB（強用戶）, SNR2=0dB（弱用戶） 正交接入方案一般來說是次優(yōu)的，僅在C點達(dá)到和容量最大，但是在該點，用戶2(弱用戶)獲得的速率很小，因此對弱用戶而言不公平。 最優(yōu)容量區(qū)域正交方案可達(dá)速率區(qū)域p 利用正交多址無法保證容量最優(yōu)和用戶公平28/5929/59復(fù)雜度（Complexity）容量（Capacity）關(guān)鍵傳輸技術(shù)（關(guān)鍵傳輸技術(shù)（5）非正交多址接入技術(shù)非正交多址接入技術(shù) 非正交多址接入非正交多址接入(Non-orthogonal Multiple Access: NOMA)(Non-orthogonal Multiple Access: NOMA) 兩個用戶同時占用

21、所有可用帶寬 弱用戶先解碼強干擾，消除干擾的影響，再解碼自己的消息。 可實現(xiàn)最優(yōu)容量，并改改善弱用戶善弱用戶可達(dá)速率NOMA29/5930/59關(guān)鍵傳輸技術(shù)（關(guān)鍵傳輸技術(shù)（6）先進(jìn)編碼與調(diào)制技術(shù)先進(jìn)編碼與調(diào)制技術(shù)1G2G3G4G5G模擬調(diào)制數(shù)字調(diào)制 編碼調(diào)制技術(shù)的演進(jìn)編碼調(diào)制技術(shù)的演進(jìn)QPSK,16QAMQPSK,16QAM,64QAM？BCH碼卷積碼Turbo碼？調(diào)制方式的演進(jìn)編碼方式的演進(jìn)增強的自適應(yīng) 編碼調(diào)制設(shè)計30/5931/59Channels2s1s1s10/101Antenna EstimationSymbol DetectionData BitsData Bits空間調(diào)制系統(tǒng)4

22、發(fā)射天線QPSK空間調(diào)制星座圖關(guān)鍵傳輸技術(shù)（關(guān)鍵傳輸技術(shù)（6）先進(jìn)編碼與調(diào)制技術(shù)先進(jìn)編碼與調(diào)制技術(shù) 空間調(diào)制空間調(diào)制（Spatial Modulation: SMSpatial Modulation: SM）p 以天線的物理位置來攜帶部分發(fā)送信息比特，將傳統(tǒng)二維映射擴至三維映射，提高頻譜效率。p 每時隙只有一根發(fā)射天線處于工作狀態(tài)，避免了信道間干擾與天線同步發(fā)射問題，且系統(tǒng)僅需一條射頻鏈路，有效地降低了成本。31/5932/59根據(jù)信息論，非高斯干擾可實現(xiàn)更高傳輸速率關(guān)鍵傳輸技術(shù)（關(guān)鍵傳輸技術(shù)（6）先進(jìn)編碼與調(diào)制技術(shù)先進(jìn)編碼與調(diào)制技術(shù) 頻率正交幅度調(diào)制頻率正交幅度調(diào)制（FrequencyFre

23、quency Quadrature-amplitude Quadrature-amplitude Modulation: FQAMModulation: FQAM）p 將頻移鍵控（FSK）與正交幅度調(diào)制（QAM）相結(jié)合，提高頻譜效率。p 用于多小區(qū)下行鏈路中，能夠提高小區(qū)邊緣用戶的通信質(zhì)量。32/5933/591 國家電網(wǎng)公司國家電網(wǎng)公司“兩會兩會”工作報告摘要，工作報告摘要，2010年年2 全力構(gòu)建綠色網(wǎng)絡(luò)，中國移動通信研究院，全力構(gòu)建綠色網(wǎng)絡(luò)，中國移動通信研究院，2010年年11月月3 Study on Energy Efficient Radio Access Network (EERA

24、N) Technologies, TU Dresden and Vodafone, 20094 New Generation Node B, 華為華為, 20102009年，三大運營商的能耗總量折合為年，三大運營商的能耗總量折合為440.7萬噸萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其中標(biāo)準(zhǔn)煤，其中80%以上是電力消耗，達(dá)以上是電力消耗，達(dá)到到290億度億度，相當(dāng)于，相當(dāng)于2個大亞灣核電站的年發(fā)電量。個大亞灣核電站的年發(fā)電量。關(guān)鍵傳輸技術(shù)（關(guān)鍵傳輸技術(shù)（7）能效提升技術(shù)能效提升技術(shù)33/5934/59How to approach GREEN while carrying 1000X traffic?關(guān)鍵傳輸技術(shù)（關(guān)鍵傳

25、輸技術(shù)（7）能效提升技術(shù)能效提升技術(shù)34/5935/59關(guān)鍵傳輸技術(shù)（關(guān)鍵傳輸技術(shù)（7）能效提升技術(shù)能效提升技術(shù)資源域資源域用戶域用戶域業(yè)務(wù)域業(yè)務(wù)域碼域碼域（CDMA）能量域能量域（POWER）時域時域（TDMA）頻域頻域（OFDM）空域空域（MIMO）語音語音（VOIP）非實時數(shù)據(jù)非實時數(shù)據(jù) （FTP）實時數(shù)據(jù)實時數(shù)據(jù)（WEB）多媒體多媒體（MMS）組播組播/ /廣播廣播（VOIP）應(yīng)用層應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層物理層物理層多域協(xié)同無線資源管理多域協(xié)同無線資源管理35/5936/59關(guān)鍵傳輸技術(shù)（關(guān)鍵傳輸技術(shù)（7）能效提升技術(shù)能效提升技術(shù)網(wǎng)絡(luò)資源與動態(tài)用戶行為和業(yè)務(wù)需求自適應(yīng)匹配網(wǎng)絡(luò)資源與動態(tài)用戶

26、行為和業(yè)務(wù)需求自適應(yīng)匹配Tango: Traffic-aware network planning & green operation - 自適應(yīng)于業(yè)務(wù)分布自適應(yīng)于業(yè)務(wù)分布 （時間和空間的非均勻分布）（時間和空間的非均勻分布） - 自適應(yīng)于業(yè)務(wù)特征自適應(yīng)于業(yè)務(wù)特征 （單播，多播，廣播）（單播，多播，廣播） - 自適應(yīng)于服務(wù)質(zhì)量需求自適應(yīng)于服務(wù)質(zhì)量需求 (QoS)（實時，非實時）（實時，非實時）滿足用戶滿足用戶QoS, 提高能效提高能效Z. Niu, “TANGO: Traffic-Aware Network Planning and Green Operation”, IEEE Wir

27、eless Commun., vol. 18, pp. 25-29, Oct.2011. 36/5937/59關(guān)鍵傳輸技術(shù)（關(guān)鍵傳輸技術(shù)（7）能效提升技術(shù)能效提升技術(shù)p 跨層優(yōu)化跨層優(yōu)化資源調(diào)度資源調(diào)度 高效利用有限資源 跨層資源聯(lián)合調(diào)度鏈路層鏈路層應(yīng)用層應(yīng)用層傳輸層傳輸層物理層物理層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層智能智能MACMAC實時實時/ /非實時非實時擁塞控制擁塞控制感知路由感知路由CSIQSIp 跨網(wǎng)優(yōu)化跨網(wǎng)優(yōu)化協(xié)作通信協(xié)作通信 減少競爭、增加合作 跨網(wǎng)資源聯(lián)合優(yōu)化配置CHORUS: Collaborative & Harmonized Open Radio Ubiquitous System

28、提升用戶體驗，提升用戶體驗， 降低能量消耗降低能量消耗CHORUSS. Zhou, Z. Niu, P. Yang, and S. Tanabe, CHORUS: a framework for scalable collaboration in heterogeneous networks with cognitive synergy, IEEE Wireless Communications, vol. 20, pp. 133-139, 2013.37/5938/59關(guān)鍵傳輸技術(shù)（關(guān)鍵傳輸技術(shù)（8）網(wǎng)絡(luò)覆蓋增強技術(shù)網(wǎng)絡(luò)覆蓋增強技術(shù) 密集組網(wǎng)密集組網(wǎng)（UDNUDN）、）、異構(gòu)結(jié)構(gòu)異構(gòu)結(jié)構(gòu)（H

29、etNetsHetNets）、）、中心式云后臺中心式云后臺（CloudCloud）是）是5G5G網(wǎng)絡(luò)整體架構(gòu)的共識。網(wǎng)絡(luò)整體架構(gòu)的共識。密集異構(gòu)中心式云后臺使無線通信回歸到“最后一公里”拉近用戶與天線的距離，提高速率增強服務(wù)覆蓋面積大量不同級小區(qū)重疊（Macro、Micro、Pico、Femto）不同制式的網(wǎng)絡(luò)重疊（Cellular、Wi-Fi、D2D、CR、M2M）Remote Radio Head（RRH）與基帶處理單元分離SDN網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)協(xié)議接口基帶信號資源的集中化管理與調(diào)度38/5939/59關(guān)鍵傳輸技術(shù)（關(guān)鍵傳輸技術(shù)（8）網(wǎng)絡(luò)覆蓋增強技術(shù)網(wǎng)絡(luò)覆蓋增強技術(shù) 應(yīng)用場景：應(yīng)用場景：DHS (

30、Dense+Heterogeneous+DHS (Dense+Heterogeneous+SeperatedSeperated) ) C.-X. Wang, F. Haider, X. Gao, X.-H. You, Y. Yang, D. Yuan, H. Aggoune, H. Haas, S. Fletcher, and E. Hepsaydir, “Cellular architecture and key technologies for 5G wireless communication networks,” IEEE Commun. Mag., vol. 52, no. 2, F

31、eb. 2014室內(nèi)室外分離室內(nèi)利用短距離傳輸技術(shù)，可顯著減少信號衰落，提升傳輸速率毫米波和可見光可被墻壁阻擋，顯著降低小區(qū)間干擾室內(nèi)設(shè)備不會對室外設(shè)備造成干擾截至2014年12月11日，被引用32次(谷歌學(xué)術(shù))39/5940/59 5G關(guān)鍵傳輸技術(shù)關(guān)鍵傳輸技術(shù) 5G新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 5G發(fā)展需求與挑戰(zhàn)發(fā)展需求與挑戰(zhàn) 相關(guān)研究基礎(chǔ)相關(guān)研究基礎(chǔ)提綱提綱40/59新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)多接入技術(shù)多接入技術(shù)并存并存超密小區(qū)超密小區(qū)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合融合云計算云計算網(wǎng)絡(luò)智能網(wǎng)絡(luò)智能彈性資源彈性資源管理管理5G網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)趨勢趨勢成本有效性網(wǎng)絡(luò)協(xié)同網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)思路變革41/5942/59新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

32、新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)Network ManagementOSNetworkDeviceDriver一體式（一體式（All-in-one）基站結(jié)構(gòu)（）基站結(jié)構(gòu)（2G-3G）特點：u功能強大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜u數(shù)據(jù)與控制高度耦合問題：u基站建設(shè)與維護(hù)成本高u基站之間協(xié)作受限u難以滿足多樣的需求42/5943/59Radio Network ControllerOS新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)Network ManagementOSNetworkDeviceDriver4G數(shù)據(jù)/控制平面分離控制中心化Network ManagementOSNetworkDeviceDriverNetwork ManagementOSN

33、etworkDeviceDriverCloud5G虛擬化IaaS大數(shù)據(jù)2G/3G一體式基站傳統(tǒng)互聯(lián)43/5944/59新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)C-RAN云架構(gòu)RRU替代物理基站光纖互聯(lián)中心式處理高性能多點協(xié)作接入實時信息處理低成本低建設(shè)成本低維護(hù)成本RRURRUFiberRRUCloudC-RAN 無線接入網(wǎng)綠色演進(jìn)白皮書 (v2.5)，201144/5945/59新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)2010年由中國移動首次提出年由中國移動首次提出已在中國珠海、吉林、長沙、青島等已在中國珠海、吉林、長沙、青島等地試點地試點安捷倫安捷倫IntelIBM中興中興華為華為NGMNIEEE GlobeComIEE

34、E ICCIEEE WCNCCHINACOM45/5946/59新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)REPE5GDevice4GDeviceWi-FiDeviceCloud資源開放協(xié)議（資源開放協(xié)議（REP）開放式設(shè)備接口協(xié)議資源描述協(xié)議資源租賃協(xié)議設(shè)備動態(tài)租用利用設(shè)備空閑資源避免重復(fù)建設(shè)前向兼容，平滑過渡現(xiàn)有應(yīng)用保持不變現(xiàn)有設(shè)備保持不變?nèi)W(wǎng)優(yōu)化基礎(chǔ)全頻段調(diào)度負(fù)載均衡網(wǎng)絡(luò)設(shè)備虛擬化網(wǎng)絡(luò)設(shè)備虛擬化46/5947/59新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)4G vBSManagementAPPRLCMACPHY5G vBSManagementAPPRLCMACPHYWi-Fi vBSManagementAPPRLCMACP

35、HY5G vBSManagementAPPRLCMACPHYVirtual BS PoolREPEREPE5G4GWi-Fi5G5G5G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)虛擬化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)虛擬化云端的虛擬基站集群構(gòu)成虛擬網(wǎng)絡(luò)，利用SDN技術(shù)動態(tài)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。47/5948/59新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) IaaS資源開放資源開放大數(shù)據(jù)大數(shù)據(jù)云計算云計算IaaS對用戶而言，網(wǎng)絡(luò)是透明的。用戶只需要提出需求及相應(yīng)的QoS，網(wǎng)絡(luò)就會以最低的成本提供相應(yīng)的服務(wù)。虛擬化虛擬化48/5949/59新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) IaaS工作過程工作過程Network Intelligence (Big Data)VM4GDeviceREPE5

36、GDeviceREPEBrokerVMWi-FiDeviceREPEVMmmWaveDeviceREPEVM5GDeviceREPEvSwitchUE1 用戶向網(wǎng)絡(luò)提出自己的需求和相應(yīng)的QoS。2 用戶周邊任意一個設(shè)備接收請求。3 由于該設(shè)備滿足了資源開放協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，該設(shè)備將請求上傳至云中心。4 云中心的虛擬交換機把請求傳遞給Broker。5 Broker是一個服務(wù)管理中心。它將用戶請求轉(zhuǎn)化為一個優(yōu)化問題，交給上層求解。6 網(wǎng)絡(luò)智能模塊會利用大數(shù)據(jù)處理和云計算實現(xiàn)資源彈性分配，以最低的成本滿足用戶需求。7 上層下達(dá)控制命令給相應(yīng)的虛擬基站。8 啟動一個5G設(shè)備提供服務(wù)。9 同時租用一個其它運營商

37、的Wi-Fi熱點緩解壓力（卸載）。10 用戶完全不知道（也沒有必要知道）自己的數(shù)據(jù)同時來源于一個Wi-Fi熱點和一個5G基站。49/5950/59新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)2GGSM, GPRS, EDGE3GCDMA, HSPA4GLTE-A, WiMAXMulti RATsWi-Fi, mmWave, VLCMacro CellMicro CellPico CellFemtocellWLAN Cloud Big Data多元多元 融合融合開放開放 智能智能D2DDemestichas, P. Georgakopoulos, A. Karvounas, D. 5G on the Horizon Key Challenges for the Radio-Access Network, IEEE Vehicular Technology Magazine, Vol. 8, No. 3, pp. 47 53, 2013.50/5951/59大數(shù)據(jù)與大數(shù)據(jù)與5GIoTMI驅(qū)動驅(qū)動0110101010數(shù)據(jù)產(chǎn)生、積累數(shù)據(jù)產(chǎn)生、積累1010101010用用戶戶數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)行行為為分分析析決策支持 娛樂辦公 鐵路運輸 機動車輛 智能醫(yī)療 智能家居 智能交通 通信 新聞 視頻 社交 購物 美食51/5952/59什么是大數(shù)據(jù)？什么是大數(shù)據(jù)？ 大數(shù)據(jù)是具有體量大、結(jié)構(gòu)多樣、時效強等特征的數(shù)