5G多项关键技术需要突破

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来源：中为咨询www.zwzyzx.com 【日期：2016-12-16 14:40:16】【打印】【关闭】

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5G需要突破的关键技术：5G网络是一种带宽足够宽的网络，带宽应大于20GHz，数据流量无瓶颈，任何时候都不会被卡，每秒传信速率大于1Gb/s，路径延迟小于1ms，而且必须在99.999%的时间满足要求，需要以下几项关键技术上有重大突破。

1）高频传输技术。以往的移动通信工作频段都在3GHz以下，故频谱十分拥挤，也就是相对带宽受到极大限制，如果将工作频段提高（如厘米波、毫米波），其相对带宽就容易做的宽，可用的频谱资源就宽广的多，工作频谱紧张或工作频谱拥挤的状况就不存在，也就能实现极高速的远距离无线信息传输，5G要求的大容量、高速率传输就能满足。

由于工作频段的提高，天线和收发信设备的前端可实现小型化，减小了体积，更大的优点是因频率提高大大提高了天线的增益，从某种意义上讲可降低发射机功率，降低有害辐射。其缺点是因频率升高电波在空气间的传输衰减增加，故有效传输距离缩短，尤其是因波长短，其穿透和绕射能力差，易受雨、雪、雾等不良天气的影响。同时对射频器件的精度和系统设计也提出了更高的要求。

2）新型多天线传输技术。MIMO技术将传统的时域、频域、码域三维扩展为了时域、频域、码域、空域四维，新增纬度极大的提高了数据传输速率。随着天线能力和芯片处理能力的增强，目前，MIMO技术从2×2MIMO发展成了8×8MIMO，从单用户MIMO发展成了多用户MIMO和协作MIMO。

目前MIMO技术的新进展包括3个方面：从无源到有源，从二维（2D）到三维（3D），从高阶MIMO到大规模阵列。有源天线系统（AAS）在天线系统中集成射频电路功能，从而提高能量效率，降低系统的功耗；提高波束赋行能力，进一步提高系统的容量性能；降低站址维护和租赁费用。

3DMIMO支持多用户波束智能赋型，减少用户间干扰，结合高频段毫米波技术，将进一步改善无线信号覆盖性能。

多维度的海量MIMO技术，将显著提高频谱效率，降低发射功率，实现绿色节能，提升覆盖能力，而如今大规模MIMO仍旧面临一些问题，如大规模天线信道测量与建模、阵列设计与校准、导频信道、码本及反馈机制、天线的规模尺寸、实际工程安装和使用场景等问题，这些问题的探讨和成果会成为未来5G的重要发展方向。大规模阵列MIMO提供了更强的定向能力和赋形能力

3）同时同频全双工。同时同频全双工技术是指在相同的频谱上，通信的双方同时发送和接收信号，与传统的TDD和FDD双工方式相比，从理论上可以提高空口频谱效率1倍。全双工技术能够突破传统FDD和TDD方式的频谱资源使用限制。然而，全双工意味着干扰的产生，对干扰消除技术提出了极大的挑战，同时还存在相邻小区同频干扰问题。在多天线及组网场景下，全双工技术的应用难度更大。多天线全双工终端结构示意

4）终端直通技术（D2D）。常规的蜂窝通信系统是以基站为中心实现小区覆盖，而基站与中继站是固定的，网络结构也是固定的，很不方便，缺乏灵活性。随着无线多媒体业务的增加，以基站为中心的业务供应方式就无法满足海量用户业务需求。

使用D2D（Device-to-device）技术无需借助基站帮助就能实现终端与终端之间的直接通信，拓宽了网络连接和接入的功能，由于用户是在短距离直接通信，信道质量也得到提高。D2D技术能实现较高的信息传输速率，较低的时延和较低的功耗。D2D技术能实现频谱的高效率利用，支持灵活的网络架构和连接方式，提升了网络的灵活性和可靠性。D2D支持广播、组播和单播方式，若发展成增强型技术，将对5G网络具有更大的实用价值。D2D技术不经过基站，可大大节约资源和时间。也就是D2D通信是一种在系统控制下，允许终端与终端之间通过复用小区资源直接通信的技术。D2D通信示意图

另一种D2D方式叫做D2D族，它拥有多个D2D终端用户，这些用户组成一个族，在族内通过D2D链路进行通信和数据传输。

5）密集网络。由于小区半径的缩小，由此频谱资源的空间复用带来的频谱效率增益达几千倍，因此减小小区半径是提高单位面积传输能力，保证业务千倍增长的核心技术。未来的网络中，各种无线传输技术的各类低功率节点的部署密度，将达到现有的站点部署密度的10倍以上，站点之间的距离可能小到10m，能支持每平方公里25000以上用户，将来若达到激活的用户数与站点数为1：1，就形成了超密集异构网络。

在5G通信中，无线通信网络将实现多元化、宽带化、综合化、智能化。随着智能化终端的普及应用，数据流量将会出现井喷式增长，未来的业务主要分布在室内和热点地区。密集网络就是5G实现千倍流量的主要手段之一，超密集网络能实现广覆盖，能大幅度提升系统容量，它具有对业务分流的功能，使网络更具灵活性，频谱利用率更高。随着技术的不断发展，未来将使用高频段、大宽带、更加密集的网络方案。网络密集化使网络节点与终端更近，提高了功率效率、频谱利用率和系统容量，使业务在各种接入技术和覆盖层次间分担的灵活性得到提高。

6）新型网络架构。LTE接入网采用网络扁平化架构，减少了延迟，降低了成本和维护费用。5G采用C-RAN接入网架构，它是基于集中化处理，协作式无线电和实时的云计算的无线接入网架构，使用低成本的光纤传输网，将信号传输到远端，在远端天线和集中化的中心点传送无线信号，以达到覆盖上百个基站服务区，甚至对上百公里外的地点也能实现无线接入。C-RAN接入网架构能减少干扰，降低功耗，提高频谱利用率，更主要的是能实现动态的智能化组网。C-RAN架构

7）软件定义网络（SDN）与网络功能虚拟化（NFV）。SDN技术是源于Internet的一种新技术。该技术的思路是将网络控制功能从设备上剥离，统一交由中心控制器加以控制，从而实现控、转分离，使控制趋于灵活化，设备简单化。

同时在考虑网络运营商的运维实际也提出了一种新型的网络架构体系NFV，该体系利用IT技术及其平台将网元功能虚拟化，根据用户的不同业务需求在VNF（VirtualNetworkFeature）的基础上进行相应的功能块连接与编排。NFV的核心所在即降低网络逻辑功能块和物理硬件模块的相互依赖，提高重用，利用软件编程实现虚拟化的网络功能，并将多种网元硬件归于标准化，从而实现软件的灵活加载，大幅度降低基础设备硬件成本。

8）自组织网络技术。自组织网络技术，就是在网络中引入自组织能力（网络智能化），包括自配置、自优化、自愈合等，以实现网络的规划、部署、维护、优化和排除故障等各环节自动进行，无需人工干预。

5G系统采用复杂的无线传输和无线网络架构，远比现有的网络复杂得多，网络深度智能化是保证5G网络性能的重要措施，自组织网络也是5G网络的重要组成部分。

5G网络是融合、协同多制式共存的异构网络，它应用多层次多无线接入技术，致使网络结构非常复杂，各种无线接入技术内部与各种覆盖能力网络节点之间的关系也错综复杂，因此网络的部署、运营、维护极具挑战性，故5G网络必须是一个智能化程度极高的网络，以达到多种无线接入技术和覆盖层次的联合自配置、自优化和自愈合。

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