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1、5G移动通信关键技术小谈移动通信关键技术小谈杨亚飞杨亚飞 信息科学技术学院海南大学2015年10月13日 5G关键传输技术介绍关键传输技术介绍 打开打开5G通信技术的面纱通信技术的面纱提纲提纲 结束语结束语5G通信发展的动力通信发展的动力移动互联网和物联网是未来移动通信发展的两大驱动力5G通信简介通信简介按照业内初步按照业内初步5G5G，第五代移动通信技术，也是，第五代移动通信技术，也是4G4G之后的延伸，之后的延伸，目前正在研究中。目前还没有任何电信公司或标准订定组织目前正在研究中。目前还没有任何电信公司或标准订定组织（像（像3GPP3GPP、WiMAXWiMAX论坛及论坛及ITU-RITU
2、-R）的公开规格或官方文件有提）的公开规格或官方文件有提到到5G5G。按照业内初步估计，包括按照业内初步估计，包括5G5G在内的未来无线移动网络业务能在内的未来无线移动网络业务能力的提升将在力的提升将在3 3个维度上同时进行个维度上同时进行:1)1)通过引入新的无线传输技术将资源利用率在通过引入新的无线传输技术将资源利用率在4G4G的基础上提的基础上提高高1010倍以上倍以上;2)2)通过引入新的体系结构通过引入新的体系结构(如超密集小区结构等如超密集小区结构等)和更加深度和更加深度的智能化能力将整个系统的吞吐率提高的智能化能力将整个系统的吞吐率提高2525倍左右倍左右;3)3)进一步挖掘新的
3、频率资源进一步挖掘新的频率资源(如高频段、毫米波与可见光等如高频段、毫米波与可见光等),),使未来无线移动通信的频率资源扩展使未来无线移动通信的频率资源扩展4 4倍左右倍左右.TDMATDMAGSMNSSCDMACDMATD-SCDMAWCDMACDMA-2000GPRSCoreNetworkOFDMOFDM、MIMOMIMOLTE-AWiMAXSAE5G4G3G2G？5G发展需求发展需求为了实现5G发展目标，需要什么关键技术？5G通信性能的提升不是单靠一种技术，需要多种技术相互配合共同实现。关键传输技术关键传输技术总览总览高高频频段段传传输输新新型型多多天天线线传传输输5G通信关键技术同同时
4、时同同频频全全双双工工密密集集网网络络覆覆盖盖技技术术D2D技术新新型型网网络络架架构构关键传输技术（关键传输技术（1）高频段传输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
5、进一步研究和解决。关键传输技术（关键传输技术（1）高频段传输高频段传输03GHz6GHz60GHz2G/3G/4Gre-farmingWRC-15AI1.2candidatebandsbelow6GHzPotentialbandsabove6GHzfor2020sGlobalinterestbandsforWRC-156GHz)频谱分配原则优先保障移动通信的频谱资源技术上可以实现连续500MHz带宽可用能与其他系统共存关键传输技术（关键传输技术（1）高频段传输高频段传输高频段带宽资源尚待开发60GHz频段毫米波(mmWave,30300GHz,110mm,广义毫米波包含2030GHz)1040
6、0GHz频段大气衰减卫星军事毫米波通信开发高频段p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Backhaul链路关键传输技术（关键传输技术（1）高频段传输高频段传输毫米波通信技术目前已经实现10Gbps的传输速率据预测，未来毫米波通信速率可快于光纤速率（fasterthanfiber）J.Wells,Fasterthanfiber:Thefutureofmulti-G/swireless,IEEE Microwave Magazine,vol.10,pp.104-112,2009.40GHz以上频段分配的商用带宽达几十GHz。商用带宽分配，40GHz以下比较窄p要实现更高的传输速率
7、，需要更高的载波频谱10GHz以下频段，仅能达到几十Mbps10-40GHz频段，仅能达到几百Mbps60-80GHz频段，可达1Gbps100GHz以上，可达10Gbps毫米波通信开发高频段关键传输技术（关键传输技术（2）新型多天线传输新型多天线传输技术技术大规模天线：基站使用大规模天线阵列（几十甚至上百根天线）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/s只能使用SISO，下行峰值速率7.2Mb/sMIMOMIMO技术的演进技术的演进关键传输技术（关键传输技术（2）新型多天线传输新
8、型多天线传输技术技术何为大规模天线：大量天线为相对少的用户提供同传服务系统容量10倍100倍能量效率发射能量大规模天线大规模天线有效提高谱效率p大规模天线被公认为5G关键技术之一关键传输技术（关键传输技术（2）新型多天线传输新型多天线传输技术技术大规模天线应用场景：中心式天线系统适用于宏蜂窝小区，中心基站使用大规模天线微小区为大部分用户提供服务，而大规模天线基站为微小区范围外的用户提供服务，同时对微小区进行控制和调度（demo:NTTdocomo）关键传输技术（关键传输技术（2）新型多天线传输新型多天线传输技术技术大规模天线应用场景：分布式天线系统多根天线分布在区域内联合处理(C-RAN)适用
9、于高用户密度或者室内场景关键传输技术（关键传输技术（3）同时同频全双工同时同频全双工概念同时同频全双工技术：是指设备的发射机和接收机占用相同的频率资源同时进行工作，使得通信双方在上、下行可以在相同时间使用相同的频率，突破了现有的频分双工（FDD）和时分双工（TDD）模式，是通信节点实现双向通信的关键之一。关键传输技术（关键传输技术（3）同时同频全双工同时同频全双工全双工技术面临的挑战采用同时同频全双工无线系统，所有同时同频发射节点对于非目标接收节点都是干扰源，同时同频发射机的发射信号会对本地接收机产生强自干扰，因此同时同频全双工系统的应用关键在于干扰的有效消除。关键传输技术（关键传输技术（3）
10、同时同频全双工同时同频全双工干扰消除技术在点对点场景同时同频全双工系统的自干扰消除研究中，根据干扰消除方式和位置的不同，有三种自干扰消除技术：天线干扰消除射频干扰消除数字干扰消除关键传输技术（关键传输技术（4）D2D技术技术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：关键传输技术（关键传输技术（4）D2D通信系统的组网方式：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
11、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通信示意图如下：关键传输技术（关键传输技术（5）密集网络覆盖技术密集网络覆盖技术密集组网（UDN）、异构结构（HetNets）、中心式云后台（Cloud）是5G网络整体架构的共识。密集异构中心式云后台使无线通信回归到“最后一公里”拉近用户与天线的距
12、离，提高速率增强服务覆盖面积大量不同级小区重叠（Macro、Micro、Pico、Femto）不同制式的网络重叠（Cellular、Wi-Fi、D2D、CR、M2M）RemoteRadioHead（RRH）与基带处理单元分离SDN网络实现协议接口基带信号资源的集中化管理与调度关键传输技术（关键传输技术（5）密集网络覆盖技术密集网络覆盖技术应用场景：DHS(Dense+Heterogeneous+Seperated)C.-X.Wang,F.Haider,X.Gao,X.-H.You,Y.Yang,D.Yuan,H.Aggoune,H.Haas,S.Fletcher,andE.Hepsaydir,
13、“Cellulararchitectureandkeytechnologiesfor5Gwirelesscommunicationnetworks,”IEEE Commun.Mag.,vol.52,no.2,Feb.2014室内室外分离室内利用短距离传输技术，可显著减少信号衰落，提升传输速率毫米波和可见光可被墙壁阻挡，显著降低小区间干扰室内设备不会对室外设备造成干扰截至2014年12月11日，被引用32次(谷歌学术)关键传输技术（关键传输技术（6）新型网络架构新型网络架构多接入技术多接入技术并存并存超密小区超密小区异构网络异构网络融合融合云计算云计算网络智能网络智能弹性资源弹性资源管理管理5G网络网络趋势趋势成本有效性网络协同网络架构思路变革关键传输技术（关键传输技术（6）新型网络架构新型网络架构4G数据/控制平面分离控制中心化5G虚拟化IaaS大数据2G/3G一体式基站传统互联结束语结束语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。致谢致谢谢谢观看