(完整word版)第五代移动通信的关键技术

第五代移动通信的关键技术

5G 是面向未来的通信发展需求的移动通信系统，第五代移动通信技术兴起的主要驱动力为互联网和物联网，将来人机交互和数据共享是人们日常生活的一部分，在这种交互下，人们的生活将会更加高效舒适。第五代移动通信系统不仅通信容量大，速率高，其可靠性和安全性也比第四代移动通信有了更好的改进，具有很大的发展空间，下面简单介绍几种第五代移动通信的关键技术。

1.Massive MIMO技术

大规模MIMO技术是指基站端采用大规模天线阵列，天线数超过十根甚至上百根，并且在同一时频资源内服务多个用户的多天线技术。大规模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，新增维度极大的提高了数据传输速率。大规模MIMO天线技术提供了更强的定向能力和赋形能力如图1，大规模MIMO的空间分辨率与现有MIMO相比显著增强，能深度挖掘空间维度资源，使得网络中的多个用户可以在同一时频资源上利用大规模MIMO提供的空间自由度与基站同时进行通信，从而在不需要增加基站密度和带宽的条件下大幅度提高频谱效率。大规模MIMO可将波束集中在很窄的范围内，从而大幅度降低干扰，大幅降低发射功率，从而提高功率效率，减少用户间干扰，显著提高频谱效率。

当基站侧天线数远大于用户天线数时，各个用户的信道将趋于正交，小区内同道干扰及加性噪声趋于消失，系统性能仅受限于邻区导频的复用，这使得系统的很多性能都只与大尺度相关，与小尺度无关。大规模MIMO的无线传输技术将有可能使频谱效率和功率效率在4G 的基础上再提升一个量级。

图1. 大规模MIMO天线技术方向图

2. 非正交多址接入技术（NOMA）

5G的无线接入技术目前还有的观点关注多载波调制，如滤波器组多载波（FBMC，_ lter _bank based multicarrier），其天然的非正交性和不需要先前的分布式发射机同步。一种新的调制方式，被称为通用滤波后的多载波（UMFC）被提出。开始是OFDM信号，通过滤相邻子载波组，以减少时间/频率同步造成的旁瓣水平和载波间干扰。要解决OFDMA正交的时间窗口的缺点，即需要较大的保护带CP，使用多载波滤波器组就可以允许大的传输时延和任意高的频率补偿。日益发展的软件无线电，FFT块的大小，子载波间隔和CP长度可根据信道条件改变。因此，OFDMA允许一些参数可调，可以很好地适应5G的要求。

3. 射束分割多址技术（BDMA）

有限的频谱资源对于移动和无线技术而言是一个重大的挑战，即如何把有限的频率和时间分配给不同用户。由于这个情况，要实现提高系统的容量和质量，目前使用的多址技术包括频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）、正交频分多址（OFDMA）等。然而，现在使用的所有多址技术中，通信系统容量依赖于时间和频率。如何发展多址接入系统，提高有限频率的系统容量是一个新的挑战。

目前发明的BDMA技术，根据MS的位置分配天线波束，实现多址接入，从而显著增加系统的容量。按此观点，MS和基站在视距（LOS）的状态，因此他们明确知道彼此的位置。在此条件下，他们能够将波束直接传送到彼此的位置以通信，而不受移动台在小区边缘的干扰。

为了在5G中适应BDMA，就要发展相位阵列天线，智能天线要能够调整波束。调整波束天线通过收集从基站和MS到达角（AOA）信息设置无线配置。自适应天线阵列的使用，是提高能力的一个可能性。

4. 全频段技术

5G网络通信技术将会以智能化、宽带化和多元化为主要的发展方向。未来网络数据业务的发展方向主要在热点密集地区和室内，而当前网络数据的流量如果在少数人使用状态下不存在延迟、低网速等问题，但一旦放开使用用户数量，网络延迟和网络速度都将会是一个巨大的问题，而物联网和智能终端所依赖的移动通信网络将会处于堵塞状态，很难发挥物联网和智能终端的优势。目前5G移动通信技术所研究的超密集组网，可以针对高度使用移动数据的地区提升流量容量1000倍，很好的解决了网络数据使用密集地区的数据传输和数据容量问题。该技术的发展，虽然在数据流量方面提升率非常高，但是由于其拓扑结构也更加复杂，各网络之间的信号干扰也是一个很大的麻烦，大家都知道一旦同一个区域的无线网络过多，就会相互之间产生干扰，影响网络的传输。因此，该技术还需要进一步的研究以适用

未来对5G 移动通信技术的要求。

5. D2D（Device To Device）通信

5G网络的密集性和异构性带来很多新的网络建模分析设计和优化的挑战对于持续存在致密性小区收缩另一个方法在D2D通信模式中。

所谓D2D通信允许邻近的用户建立直接的通信以一个相对“短直跳”取代两个通过基站无线“长跳”，当无线业务存在较大空间局部性，D2D通信将带来更少的功耗，更高的数据速率以及更短的时延。因此，D2D也必将对5G网络起到重要的作用。

第五代移动通信技术不仅仅是一种单纯的技术革新，也不是几种无线通信接入技术简单相加，而是对多种不同的技术进行整合之后来满足不同层次的客户的通信需求，从这个角度来讲，第五代移动通信技术是一种真正意义上的融合网络。