5G关键技术

15G关键技术简述姓名：李艺超学号20162101382目录目录........................................................................................................................................................2一、研究的背景及意义.................................................................................................................3二、5G的演进路线及发展现状...................................................................................................4三、5G网络的优势及创新点.......................................................................................................5四、5G的七大关键技术.......................................................................................................................51、非正交多址接入技术（Non-OrthogonalMultipleAccess，NOMA）..................................61.1串行干扰删除(SIC)..........................................................................................................61.2功率复用..........................................................................................................................72、滤波组多载波技术（FBMC）................................................................................................83、毫米波（MillimeterWaves，mmWaves).............................................................................93.1毫米波小基站：增强高速环境下移动通信的使用体验............................................103.2基于毫米波的移动通信回程........................................................................................104、大规模MIMO技术（3D/MassiveMIMO）.......................................................................115、认知无线电技术（Cognitiveradiospectrumsensingtechniques）.....................................136、超密度异构网络（ultra-denseHetnets）..............................................................................147、多技术载波聚合（multi-technologycarrieraggregation）..................................................16五、5G未来前景.................................................................................................................................17六、参考文献.......................................................................................................................................183一、研究的背景及意义自2009年5月27日瑞典电信运营商Telia宣布启用世界上第一个4G（LTE：LongTermEvolution）试商用网络以来，4G网络的部署已在全球全面开花。根据GSA的最新报告，截至2014年第2季度，全球111个国家已经部署了300多张LTE网络（其中41张为TD-LTE网络），用户总数达到2.45亿，市面上的LTE终端达1900款。2013年12月4日，工信部正式向三大电信运营商发放4G牌照，中国移动、中国联通、中国电信均获得TD-LTE牌照。此举标志着中国这一世界上最大的移动通信市场正式进入4G时代。在短短一年间，中国移动的4G基站数达到了70万个，4G用户即将达到7000万。从统计数据来看，4G网络的发展速度远超当年的3G网络，是移动通信史上发展速度最快的技术体制，中国的加入将进一步刷新这一发展速度。有两个主要因素决定着面向下一代移动通信系统的技术研发工作需要提上日程。一方面是通信技术自身持续发展的需要：随着4G标准的全面商用，标志着以4G标准为目标的技术研发告一段落，而技术的发展是不会止步的，持续不断的创新技术需要在下一代移动通信系统中体现它的价值。另一方面是由持续增长的用户需求决定的：智能手机的高速发展引发了互联网从固定桌面快速向移动终端转移的革命，并带来了无线数据流量的指数级增长。过去5年中，中国移动的数据流量增长了80多倍。同时物联网的引入及快速发展，不仅对无线通信网络的容量提出了要求，更对无线通信网络能够提供的连接数有数量级的提高要求。业界普遍预测，到2020年，移动通信网络的容量需求是目前网络的1000倍，连接数将是10~100倍。2012年年初,ITU启动了名为“IMTfor2020andbeyond”的项目，目标瞄准下一代移动通信标准，并初步给出了时间规划。第一步会在两到三年的时间内完成两份面向未来通信系统的建议稿，分别是ITU-RM.[IMT.VISION]及ITU-RM.[IMTFutureTechnologyTrend]。基于此，目前业界对下一代移动通信系统统一称为IMT-2020。世界各个国家和地区积极响应ITU的规划，制定了相应的科研规划及经费资助计划，组织企业、科研院校等进行科研攻关。部分早期的研究成果通过5G白皮书的形式发表，包括需求分析、应用场景研究及技术发展趋势判断等。4二、5G的演进路线及发展现状目前，4G已经进入规模商用阶段，5G是继4G后新一代的移动通信技术，从移动通信发展现状以及技术、标准与产业的演进趋势来看，未来5G移动通信技术的演进存在三条重要的演进路线，分别为以LTE/LTE-Advanced为代表的蜂窝演进路线；WLAN演进路线和革命性演进路线。首先，LTE/LTE-Advanced已经是事实上的全球统一的4G标准，并将会在5G阶段继续演进。在产业化方面，LTE在全球范围内的商用化进程不断加快。标准化方面，3GPPR12版本的标准化工作正在对小小区增强技术、新型多天线技术、终端直通技术、机器间通信等新技术开展研究和标准化工作。随着更多的先进技术融入到LTE/LTE-Advanced技术标准中，给蜂窝移动通信带来了强大的生命力和发展潜力。其次，无线局域网（WLAN）是当今全球应用最为普及的宽带无线接入技术之一，拥有良好的产业和用户基础，巨大的市场需求推动了WLAN技术的发展，大量的非授权频段也给WLAN技术提供了巨大的发展空间。目前，IEEE已经启动了下一代WLAN标准“High-efficiencyWLAN”的研究，将进一步提升运营商业务能力，推动WLAN技术与蜂窝网络的融合。此外，我们还应当特别关注可能出现的革命性5G技术。从蜂窝移动通信的演进路线来看，每一代演进都有革命性技术出现，从2G的GSM到3G的CDMA，再到4G的OFDM，那么，5G是否会出现新一代的革命性技术，而这种革命性技术是否需要与LTE演进采用不同的技术路线，进而产生新一代的空中接口技术，将成为我们重点关注的内容。从目前网络技术发展现状来看，4G是现阶段使用最多的技术，但是整个业界已经开始了对5G的研讨和研发，5G简单的来说是形成人与物和物与物之间的高速连接，实现整个网络，终端，无线和业务的进一步融合。5G可以说是人在感知方面的获取和控制能力更强，5G的服务对象是将公众用户向行业用户拓展，网络也将更智能和更加的广泛。从目前的研究现状来看，欧盟于2012年启动METIS项目，正式开始研究5G技术，现阶段METIS共有8个工作组进行相应横向课题研究，目标是为建立5G移动和无线通信系统奠定基础，为未移动通信和无线技术达成共识，目前已经在5G的概念和关键技术上获得了较为统一的认识。韩国从2013年开始研发5G技术，成立了5GForum，积极推动6GHz以上频段为未来IMT频段，韩国计划以2020年实现该技术的商5用为目标，全面研发5G移动通信核心技术。日本于2013年成立了ARIB研究所，开始正式对5G进行研究，计划在2020年东京奥运会上推出5G服务，日本研究者认为5G代表着接入网容量增加1000倍，通过使用大量高频频谱，再加上大规模MIMO技术来实现容量的增加，可以说未来5G将会是人们通信生活的核心。三、5G网络的优势及创新点第一，全新应用。5G网络的普及将使得包括虚拟现实和增强现实这些技术成为主流。其中，增强现实可以将包括出行方向、产品价格或者对方名字等信息投射在用户视野中，比如可以投射在汽车的前挡风玻璃上。虚拟现实则可以在用户视野内创造出一个完全虚拟的场景，而无论是虚拟现实还是增强现实，都对数据获取速度有着极高的要求。第二，即时满足。4G网络下的最快下载速度大约是每秒150MB，但5G网络的最快下载速度则达到了每秒10GB。换句话说，我们仅需4秒钟就可以下载完《银河护卫队》，而4G网络下则需要6分钟。第三，瞬时响应。除了可以在单位时间内传输更多数据以外，5G还可以大幅缩短数据开始传输前的等待时间。我们在4G网络观看视频前等待数秒并不是什么太大的问题，但如果在自动驾驶汽车行驶时碰到数据延迟就完全不能接受了。具体来说，就目前4G网络而言，该网络通常需要15-25毫秒的时间将数据传输给可能发生碰撞的车辆，然后车辆才会开始紧急制动。但在未来的5G网络下，这一数据的传输时间将仅为1毫秒。四、5G的七大关键技术为什么需要5G？不是因为通信工程师们突然想改变世界，而炮制了一个5G。是因为先有了需求，才有了5G。什么需求？未来的网络将会面对：1000倍的数据容量增长，10到100倍的无线设备连接，10到100倍的用户速率需求，10倍长的电池续航时间需求等等。坦白的讲，4G网络无法满足这些需求，所以5G就必须登场。6但是，5G不是一次革命。5G是4G的延续，相信5G在核心网部分不会有太大的变动，5G的关键技术集中在无线部分。虽然5G最终将采用何种技术，目前还没有定论。本文收集了7大关键技术，分别对这些技术作简要介绍。1、非正交多址接入技术（Non-OrthogonalMultipleAccess