浅析5G的核心技术

浅析5G通信的核心技术杨亚飞电子与通信工程前言随着技术的不断发展，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。移动互联网和物联网是未来移动通信发展的两大驱动力.坦白的讲，4G网络无法满足这些需求，所以5G就必须登场。本文主要对5G网络的非正交多址接入技术,高频段输出，D2D通信，超密集组网及大规模MIMO等技术特点做了相关介绍，并对5G的未来发展进行展望。一．背景随着人类社会的不断发展，现如今的移动通信技术将会慢慢的难以满足人们对通信网络的各方面的需求。对于这些形式，将对5G（thefifthgenerationmobilecommunicationnetwork）在频率，技术，运营等方面带来新的挑战，未来，5G的发展成为业界研究重点。智能终端（移动终端）多人视频通话，3D电影，游戏以及超高画质（UHD）节目二．5G技术特点2.1非正交多址接入技术非正交多址技术（Non-OrthogonalMultipleAccess,NOMA）的基本思想是在发送端采用非正交发送，主动引入干扰信息，在接收端通过串行干扰删除（SIC）接收机实现正确解调。NOMA的子信道传输依然采用正交频分复用（OFDM）技术，子信道之间是正交的，互不干扰，但是一个子信道上不再只分配给一个用户，而是多个用户共享。同一子信道上不同用户之间是非正交传输，这样就会产生用户间干扰问题，这也就是在接收端要采用SIC技术进行多用户检测的目的。2.1.1非正交多址技术（NOMA）的优点：1.干扰低2.高速运动的情况下传输效率也很好3.多用户共享高速传输效率（容量大）2.2高频段传输移动通信传统工作频段主要集中在3GHz以下，这使得频谱资源十分拥挤，而在高频段(如毫米波、厘米波频段)可用频谱资源丰富，能够有效缓解频谱资源紧张的现状，可以实现极高速短距离通信，支持5G容量和传输速率等方面的需求。高频段在移动通信中的应用是未来的发展趋势，业界对此高度关注。足够量的可用带宽、小型化的天线和设备、较高的天线增益是高频段毫米波移动通信的主要优点，但也存在传输距离短、穿透和绕射能力差、容易受气候环境影响等缺点。射频器件、系统设计等方面的问题也有待进一步研究和解决。2.2.1高频段传输•可用频带宽，可提供几十GHz带宽•波束集中，提高能效•方向性好，受干扰影响小优势•路径损耗大，不适合远程通信•受空气和雨水等影响较大•绕射能力差，NLOS受限•如何实现随机接入•硬件实现复杂度高（例如高速A/D和D/A的设计有很大挑战）挑战高频段带宽资源尚待开发60GHz频段毫米波(mmWave,30~300GHz,1~10mm,广义毫米波包含20~30GHz)10~400GHz频段大气衰减卫星军事毫米波通信——开发高频段毫米波可用于室内短距离通信，也可为5G移动通信系统提供回程链路2.3D2D通信传统的蜂窝通信系统的组网方式：以基站为中心实现小区覆盖，而基站及中继站无法移动，其网络结构在灵活度上有一定的限制。随着无线多媒体业务不断增多，传统的以基站为中心的业务提供方式已无法满足海量用户在不同环境下的业务需求。如图所示：D2D通信系统的组网方式：D2D技术无需借助基站的帮助就能够实现通信终端之间的直接通信，拓展网络连接和接入方式。由于短距离直接通信，信道质量高，D2D能够实现较高的数据速率、较低的时延和较低的功耗;通过广泛分布的终端，能够改善覆盖，实现频谱资源的高效利用;支持更灵活的网络架构和连接方法，提升链路灵活性和网络可靠性。目前，D2D采用广播、组播和单播技术方案，未来将发展其增强技术，包括基于D2D的中继技术、多天线技术和联合编码技术等。蜂窝网中的D2D通信示意图如右：2.4超密集组网超密集网络能够改善网络覆盖，大幅度提升系统容量，并且对业务进行分流，具有更灵活的网络部署和更高效的频率复用。未来，面向高频段大带宽，将采用更加密集的网络方案，部署小区/扇区将高达100个以上。与此同时，愈发密集的网络部署也使得网络拓扑更加复杂，小区间干扰已经成为制约系统容量增长的主要因素，极大地降低了网络能效。干扰消除、小区快速发现、密集小区间协作、基于终端能力提升的移动性增强方案等，都是目前密集网络方面的研究热点。超密集组网的特点：以下是网络架构部署特点：未来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2所示，小区的部署更加密集，单个小区的覆盖范围大大缩小。图中，将MACRO作为网络的基石，P,F和R等低功率基站则用来消除只有MARCOCELL（宏蜂窝）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。2.5大规模MIMOMIMO(multipleinputmultipleoutput)现有4G网络的8端口多用户MIMO不能满足频谱效率和能量效率的数量级提升需求，而大规模MIMO系统可以显著提高频谱效率和能量效率。大规模MIMO技术是MIMO技术的扩展和延伸，其基本特征是在基站侧配置大规模的天线阵列(从几十至几千)，其中基站天线的数量比每个信令资源的设备数量大得多，利用空分多址原理，同时服务多个用户.此外，大规模MIMO系统中，使用简单的线性预编码和检测方法，噪声和快速衰落对系统的影响将逐渐消失，因此小区内干扰也得到了降低.这些优势使得大规模MIMO系统成为5G的一大潜在关键技术。三.总结5G是基于第四代移动通信的演进，其未来的发展方向必定以“人的体验”为中心，在终端、无线、业务、网络等领域进行融合以及创新。同时，5G在用户感知、获取、参与和控制信息的能力上带来革命性的影响。5G网未来将会结合蜂窝网和局域网的优点，形成一个更加智能、友好的环境。谢谢观看