5G介紹及相關(guān)應(yīng)用課件

1、 5G介紹及技術(shù)應(yīng)用2目錄5G介紹01技術(shù)特點(diǎn)02相關(guān)應(yīng)用033通信技術(shù)的發(fā)展1G與2G3G4G第1代移動(dòng)通信系統(tǒng)（1G）是模擬式通信系統(tǒng)，模擬式是代表在無(wú)線(xiàn)傳輸采用模擬式的FM調(diào)制，將介于300Hz到3400Hz的語(yǔ)音轉(zhuǎn)換到高頻的載波頻率MHz上。從1G跨入2G的分水嶺則是從模擬調(diào)制進(jìn)入到數(shù)字調(diào)制，相比于第1代移動(dòng)通信，第二代移動(dòng)通信具備高度的保密性，系統(tǒng)的容量也在增加，同時(shí)能夠提高多種業(yè)務(wù)服務(wù)。從這一代開(kāi)始手機(jī)也可以上網(wǎng)了。3G服務(wù)能夠同時(shí)傳送聲音及數(shù)據(jù)信息，速率一般在幾百kbps以上。3G是指將無(wú)線(xiàn)通信與國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)等多媒體通信結(jié)合的新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)，目前3G存在3種標(biāo)準(zhǔn)：CDMA200

2、0、WCDMA、TD-SCDMA。在3G的眾多標(biāo)準(zhǔn)之中，CDMA這個(gè)字眼曝光率最高，CDMA（碼分多址)是第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)。4G包括TD-LTE和FDD-LTE兩種制式，是集3G與WLAN于一體，并能夠快速傳輸數(shù)據(jù)、高質(zhì)量、音頻、視頻和圖像等。4G能夠以100Mbps以上的速度下載。4G移動(dòng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可分為三層：物理網(wǎng)絡(luò)層、中間環(huán)境層、應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層。第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)主要是以正交頻分復(fù)用（OFDM）為技術(shù)核心。455G網(wǎng)絡(luò)空分復(fù)用智能天線(xiàn)云RAN異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)HetNets小基站波束成型大規(guī)模MIMO空中接口&SDND2D&M2M毫米波010305070902040608

3、10Prospective network techniques for 5G mobile communication: Asurvey6什么是5G？5G 是面向 2020 年以后移動(dòng)通信需求而發(fā)展的新一代移動(dòng)通信系統(tǒng). 根據(jù)移動(dòng)通信的發(fā)展規(guī)律,5G 將具有超高的頻譜利用率和能效, 在傳輸速率和資源利用率等方面較 4G 移動(dòng)通信提高一個(gè)量級(jí)或更高, 其無(wú)線(xiàn)覆蓋性能、傳輸時(shí)延、系統(tǒng)安全和用戶(hù)體驗(yàn)也將得到顯著的提高。5G 移動(dòng)通信將與其他無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信技術(shù)密切結(jié)合, 構(gòu)成新一代無(wú)所不在的移動(dòng)信息網(wǎng)絡(luò), 滿(mǎn)足未來(lái) 10 年移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)流量增加 1000 倍的發(fā)展需求. 5G 移動(dòng)通信系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域也將

4、進(jìn)一步擴(kuò)展, 對(duì)海量傳感設(shè)備及機(jī)器與機(jī)器 (M2M) 通信的支撐能力將成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)之一. 未來(lái) 5G 系統(tǒng)還須具備充分的靈活性,具有網(wǎng)絡(luò)自感知、自調(diào)整等智能化能力, 以應(yīng)對(duì)未來(lái)移動(dòng)信息社會(huì)難以預(yù)計(jì)的快速變化The increasing growth of data traffic and the popularity of the intelligent terminals lead to the fact that the fourthgeneration mobile communication network ( 4G) cannot meet the demand in te

5、rms of capacity，speed，and the spectrumThereby the fifth generation mobile communication network ( 5G) comes into being 7目錄5G介紹01技術(shù)特點(diǎn)02相關(guān)應(yīng)用0385G要求根據(jù)行業(yè)和學(xué)術(shù)界的不同研究計(jì)劃，下一代5G系統(tǒng)的8個(gè)主要要求：1)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中1-10GBps的數(shù)據(jù)速率：這幾乎是傳統(tǒng)LTE網(wǎng)絡(luò)的理論峰值數(shù)據(jù)速率150 Mbps的10倍。2)1ms往返行程延遲：從4G的10ms往返時(shí)間減少近10倍。 3)單位面積中的高帶寬：需要在特定區(qū)域中使具有更高帶寬的大量連接的設(shè)備具有更

6、長(zhǎng) 的持續(xù)時(shí)間。 4)大量的連接設(shè)備：為了實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的愿景，新興的5G網(wǎng)絡(luò)需要提供連接到成千上萬(wàn) 的設(shè)備。 5)99.999的感知可用性：5G設(shè)想網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該實(shí)際上總是可用的。 6)幾乎100的覆蓋“隨時(shí)隨地”連接：5G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)需要確保完全覆蓋，而不管用戶(hù)的位 置。 7)能源使用量減少近90：標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)已經(jīng)考慮了綠色技術(shù)的發(fā)展。這對(duì)于高數(shù)據(jù)速率和 5G無(wú)線(xiàn)的大規(guī)模連接將更加重要。 8)高電池壽命：器件的功耗降低對(duì)新興的5G網(wǎng)絡(luò)十分重要。910信息傳播11頻率的選擇12毫米波新興的毫米波頻率提出了許多移動(dòng)無(wú)線(xiàn)通信的新挑戰(zhàn)。 主要的挑戰(zhàn)是任何標(biāo)準(zhǔn)信道模型的不可用性。 對(duì)信道行為的技術(shù)理解提出了新的架構(gòu)技

7、術(shù)，不同的多址和空中接口的新方法。 此外，毫米波頻率的生物安全性也在審查。 還分析了安全問(wèn)題的毫米波的非電離和熱特性。 1)傳播損耗：其中LFSL主要考慮毫米波的傳輸損耗，d表示發(fā)射機(jī) - 接收機(jī)距離，f是載波頻率?？磥?lái)，在較高頻率下?lián)p耗突出。然而，只有在特定頻率的路徑損耗插入兩個(gè)各向同性天線(xiàn)。較短的波長(zhǎng)使得在較小的區(qū)域中較小天線(xiàn)的密集封裝，從而對(duì)未來(lái)5G網(wǎng)絡(luò)的各向同性天線(xiàn)的使用提出挑戰(zhàn)。與自由空間損失相關(guān)的研究工作表明，對(duì)于相同的天線(xiàn)孔徑面積，與其較長(zhǎng)的對(duì)應(yīng)物相比，較短的波長(zhǎng)不應(yīng)該遭受任何主要的缺點(diǎn)。此外，mm波鏈路能夠鑄造非常窄的波束。例如，70 GHz鏈路比18 GHz鏈路窄四倍。此外，

8、最近的研究還表明，窄波束定向傳輸減少了干擾，提高了蜂窩應(yīng)用的空間復(fù)用能力。然而，毫米波束性能取決于許多其他因素，如節(jié)點(diǎn)之間的距離、無(wú)線(xiàn)電鏈路余量和多徑分集。13毫米波2)穿透和LOS(可視)通信：對(duì)于有效的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，迫切需要理解在不同環(huán)境中的毫米波傳播。 為了理解室內(nèi)和室外環(huán)境中的傳播特性，就必須確定傳播信號(hào)在一般結(jié)構(gòu)、樹(shù)葉和人類(lèi)周?chē)膫鞑バ袨椤?理解在不同環(huán)境下的毫米波的衍射，穿透，散射和反射，為5G網(wǎng)絡(luò)部署奠定了基礎(chǔ)。研究團(tuán)隊(duì)對(duì)信號(hào)中斷調(diào)查和建筑材料反射系數(shù)比較，如彩色玻璃，透明玻璃，干墻，門(mén)，立方體和金屬電梯，他的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，普通室外建筑材料對(duì)mm波具有高穿透阻力。此外，室內(nèi)環(huán)境結(jié)構(gòu)，如干

9、墻，白板，雜波和網(wǎng)眼玻璃也被發(fā)現(xiàn)顯著影響衰減，多徑分量和自由空間路徑損耗。 室內(nèi)信道脈沖響應(yīng)證實(shí)，人體對(duì)毫米波傳播造成了相當(dāng)大的阻礙。人們的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生陰影效應(yīng)，這可以通過(guò)更大的天線(xiàn)波束寬度和角度多樣性的引入來(lái)減輕。從可用的傳播結(jié)果，我們可以得出結(jié)論，戶(hù)外mm波信號(hào)大多被確定為室外，很少的信號(hào)穿透室內(nèi)通過(guò)玻璃門(mén)。室內(nèi) - 室外隔離強(qiáng)調(diào)了不同節(jié)點(diǎn)對(duì)不同覆蓋位置的需要。然而，隔離的特性有助于在預(yù)期區(qū)域中配置能量。14毫米波此外，室內(nèi)和室外交通的分離減輕了與無(wú)線(xiàn)電資源分配和發(fā)射功率消耗相關(guān)的開(kāi)銷(xiāo)。開(kāi)銷(xiāo)通過(guò)靈活的聚類(lèi)，有效的用戶(hù)選擇和自適應(yīng)反饋壓縮進(jìn)一步顯著降低。有趣的是，小型蜂窩結(jié)構(gòu)已經(jīng)在密集的城市地區(qū)

10、部署。例如，在日本城市，BS間距離只有200米。因此，在小型小區(qū)環(huán)境中應(yīng)用LOS傳播有望成為毫米波通信的前景。確保LTE需要大規(guī)模的天線(xiàn)部署，沒(méi)有任何預(yù)定的模式。網(wǎng)絡(luò)特定的隨機(jī)部署預(yù)計(jì)將因情況而異。隨機(jī)，密集和現(xiàn)場(chǎng)特定LOS通信的示例圖如圖所示。 與LOS通信相關(guān)的挑戰(zhàn)自動(dòng)需要調(diào)查非視線(xiàn)(NLOS)傳播和所需的基本支持。大規(guī)模部署15毫米波3)多徑和NLOS：在無(wú)線(xiàn)通信中，多徑是天線(xiàn)中信號(hào)接收的影響多于一個(gè)路徑。根據(jù)SMARAD卓越中心的Sylvain Ranvier和Mikko Kyro，通過(guò)選擇延遲擴(kuò)展作為驗(yàn)證參數(shù)，很好地描述了通道的多徑特性。功率延遲特性(PDP)的均方根(RMS)有助于

11、探測(cè)毫米波通信中的多徑效應(yīng)。了解多徑可能使NLOS問(wèn)題減輕。 LOS鏈路在動(dòng)態(tài)室外環(huán)境中不一定可行。因此，探索部分阻塞LOS和NLOS鏈路的可能性是很重要的。 測(cè)量了平均雨衰，雨中短期信號(hào)電平，植被衰減，玻璃和寬帶功率延遲分布。與清晰，干燥的天氣條件相比，在雨中檢測(cè)到更多的多徑分量。在不同的指向角下的許多多徑分量可以用于鏈路改進(jìn)。建立角落，邊緣和人類(lèi)活動(dòng)可能不總是完全削弱LOS鏈接。相反，這些往往造成陰影。不同表面的反射系數(shù)表明陰影區(qū)域有合理的信號(hào)電平的可能性。還觀察到較寬的波束寬度天線(xiàn)給出接收信號(hào)的準(zhǔn)確估計(jì)。另一方面，較小的波束寬度天線(xiàn)具有空間方向性的優(yōu)點(diǎn)。波束拓寬技術(shù)的適當(dāng)組合探討了在小區(qū)

12、域中變化特性的優(yōu)點(diǎn)。此外，天線(xiàn)角度的最佳組合也使系統(tǒng)具有高信噪比和低均方根延遲擴(kuò)展。在NLOS路徑中的通信需要均衡器，這引入了高延遲，增加的功耗和低數(shù)據(jù)速率的新挑戰(zhàn)。多徑統(tǒng)計(jì)的知識(shí)有助于設(shè)計(jì)均衡器和選擇調(diào)制技術(shù)?，F(xiàn)有和當(dāng)前信道統(tǒng)計(jì)的適當(dāng)組合有助于解決大多數(shù)NLOS傳播挑戰(zhàn)。如圖所示。建議在延遲域信道模型，采用任意放置散射反射信號(hào)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)擴(kuò)展。信號(hào)屏蔽反射信號(hào)16小基站的提出毫米波雖然具有很大的帶寬，但是卻不能穿透建筑等介質(zhì)（頻率越高，就越貼近直線(xiàn)傳播），甚至?xí)恢参锔晁眨▊鞑ミ^(guò)程中衰減很明顯），為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們提出了采用微型基站的方法。目前，信號(hào)傳輸時(shí)通過(guò)一個(gè)大型高功率基站進(jìn)行傳輸

13、，為了不被介質(zhì)影響，所以通過(guò)大功率傳輸覆蓋更多的設(shè)備。如果是毫米波的話(huà)，只要你跟基站之間有介質(zhì)格擋，你就接收不到信號(hào)，我們的解決方法就是用上千個(gè)低功耗小型基站，進(jìn)行收發(fā)信號(hào)來(lái)代替現(xiàn)在的大型基站。這種技術(shù)特別適用于城市，當(dāng)你被障礙物擋住了信號(hào)的時(shí)候，手機(jī)會(huì)自動(dòng)切換到另一個(gè)小基站來(lái)保證穩(wěn)定的連接。但是，如果讓運(yùn)營(yíng)商在城市中，布置那么龐大數(shù)量的小基站，成本過(guò)高，高通提出了毫米波的移動(dòng)化，也就是客戶(hù)端在移動(dòng)的時(shí)候依舊能提供服務(wù)，需要波束搜索和波束追蹤算法，等等17小基站隨著在傳統(tǒng)無(wú)線(xiàn)頻譜中亞毫秒等待時(shí)間和帶寬限制的要求，準(zhǔn)備打破以基站（BS）為中心網(wǎng)絡(luò)范式。圖描繪了從BS中心到設(shè)備中心網(wǎng)絡(luò)的這種逐漸移

14、動(dòng)。5G網(wǎng)絡(luò)建議使用更高的頻率進(jìn)行通信。 在室外環(huán)境中，毫米波信號(hào)的傳播和穿透是相當(dāng)有限的。 因此，節(jié)點(diǎn)布局不能遵循傳統(tǒng)的蜂窩設(shè)計(jì)或其他任何定義模式。Rappaport和他的團(tuán)隊(duì)提出了5G無(wú)線(xiàn)電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的場(chǎng)地特定節(jié)點(diǎn)布局。 例如，超密集部署在需要高數(shù)據(jù)速率的地區(qū)是必要的，例如地鐵站，商場(chǎng)和辦公室。 我們盡量選擇LOS通信。 或者，反射，散射和衍射信號(hào)仍然可能具有足夠的能量，這需要在LOS被完全阻擋時(shí)被探測(cè)18小基站5G蜂窩技術(shù)需要與大量用戶(hù)，各種設(shè)備和多樣化的服務(wù)一起工作。因此，主要關(guān)注的是5G BS與傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的集成。 三星提出了不同的配置，如毫米波BS網(wǎng)格系統(tǒng)，毫米波與4G系統(tǒng)和毫米波獨(dú)

15、立系統(tǒng)集成。大波束成形增益擴(kuò)展了覆蓋范圍，同時(shí)減少了干擾并提高了小區(qū)邊緣的鏈路質(zhì)量。這個(gè)特性使得毫米波BS網(wǎng)格可以提供低延遲和成本效益的解決方案。圖(A)示出了mm波(5G)和傳統(tǒng)4G網(wǎng)絡(luò)的混合系統(tǒng)。它提出了一個(gè)雙模式調(diào)制解調(diào)器，使用戶(hù)能夠在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間切換更好的體驗(yàn)?；蛘撸琺m波頻譜也可以?xún)H用于數(shù)據(jù)通信，而控制和系統(tǒng)信息可以通過(guò)使用傳統(tǒng)的4G網(wǎng)絡(luò)傳輸。另一方面，在圖(B)中，獨(dú)立的5G系統(tǒng)僅在毫米波上工作。這樣的系統(tǒng)設(shè)想對(duì)回程和無(wú)線(xiàn)接入鏈路使用相同的毫米波頻譜。19小天線(xiàn) 毫米波傳播的小無(wú)線(xiàn)電波長(zhǎng)需要小的天線(xiàn)尺寸。 這使得能夠使用大量較小的天線(xiàn)。 使用陣列天線(xiàn)控制信號(hào)的相位和幅度有助于增強(qiáng)所

16、需方向的電磁波，同時(shí)在所有其他方向消除。 這需要引入定向空氣界面。右圖示出了空中接口從單向傳輸?shù)蕉ㄏ騻鬏數(shù)倪@種改變。 可以通過(guò)使用自適應(yīng)波束成形技術(shù)來(lái)保證高定向輻射模式，從而引入空分多址(SDMA)。 有效的SDMA改進(jìn)了在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的波束成形天線(xiàn)的頻率復(fù)用。全方向天線(xiàn) 天線(xiàn)元素陣列 方向型的天線(xiàn)20頻譜復(fù)用技術(shù) 有三種經(jīng)典的頻譜復(fù)用方法：即時(shí)分復(fù)用（典型應(yīng)用：中國(guó)移動(dòng)2G）、頻分復(fù)用（典型應(yīng)用：中國(guó)聯(lián)通3G）和碼分復(fù)用（典型應(yīng)用：中國(guó)聯(lián)通3G）。 可以用一個(gè)例子來(lái)說(shuō)明時(shí)分復(fù)用、頻分復(fù)用和碼分復(fù)用的區(qū)別。在一個(gè)屋子里有許多人要彼此進(jìn)行通話(huà)，為了避免相互干擾，可以采用以下方法：1) 講話(huà)的人

17、按照順序輪流進(jìn)行發(fā)言（時(shí)分復(fù)用）。2) 講話(huà)的人可以同時(shí)發(fā)言，但每個(gè)人說(shuō)話(huà)的音調(diào)不同（頻分復(fù)用）。3) 講話(huà)的人采用不同的語(yǔ)言進(jìn)行交流，只有懂同一種語(yǔ)言的人才能夠相互理解（碼分復(fù)用）。 當(dāng)然，這三種方法相互結(jié)合，比如不同的人可以按照順序用不同的語(yǔ)言交流（即中國(guó)移動(dòng)3G的TD-SCDMA）。然而，這三種經(jīng)典的復(fù)用方式都無(wú)法充分利用頻譜資源，它們要么無(wú)法多用戶(hù)同時(shí)間通訊(TDMA)，要么無(wú)法使用全部頻譜資源(FDMA)，要么需要多比特碼元才能傳遞1比特?cái)?shù)據(jù)(CDMA)。21空分復(fù)用 那么，有沒(méi)有一種方法可以克服以上多路方式的缺點(diǎn)，讓多個(gè)用戶(hù)同時(shí)使用全部頻譜通訊呢？讓我們先來(lái)思考一下，如果在一個(gè)房間

18、里大家同時(shí)用同一種音調(diào)同一種語(yǔ)言說(shuō)話(huà)會(huì)發(fā)生什么？ 很顯然，在這種情況下會(huì)發(fā)生互相干擾。這是因?yàn)樾盘?hào)會(huì)向著四面八方傳播，所以一個(gè)人會(huì)聽(tīng)到多個(gè)人說(shuō)話(huà)的聲音從而無(wú)法有效通訊。但是，如果我們讓每個(gè)說(shuō)話(huà)的人都用傳聲筒，讓聲音只在特定方向傳播，這樣便不會(huì)互相干擾了。 在無(wú)線(xiàn)通訊中，也可以設(shè)法使電磁波按特定方向傳播，從而在不同空間方向的用戶(hù)可以同時(shí)使用全部頻譜資源不間斷地進(jìn)行通訊，也即空分復(fù)用(space-division multiple access，SDMA)。 SDMA還有另一重好處，即可以減少信號(hào)能量的浪費(fèi)：當(dāng)無(wú)線(xiàn)信號(hào)在空間中向全方向輻射時(shí)，只有一小部分信號(hào)能量被接收機(jī)收到成為有用信號(hào)。大部分信號(hào)

19、并沒(méi)有被相應(yīng)的接收機(jī)收到，而是輻射到了其它的接收機(jī)成為了干擾信號(hào)。 空分復(fù)用技術(shù)是唯一能夠?qū)崿F(xiàn)頻譜效率數(shù)倍提升的技術(shù)。因?yàn)樗梢允瓜到y(tǒng)在同一時(shí)間、同一頻段、同一宏觀物理空間上進(jìn)行多路通信而且互不干擾，讓有限的頻譜資源得到最大化的利用。22波束成型 “波束”這個(gè)詞看上去有些陌生，但是“光束”大家一定都很熟悉。當(dāng)一束光的方向都相同時(shí)，就成了光束，類(lèi)似手電筒發(fā)出的光。反之，如果光向四面八方輻射（如電燈泡發(fā)出的光），則不能形成光束。和光束一樣，當(dāng)所有波的傳播方向都一致時(shí)，即形成了波束。 光束實(shí)現(xiàn)很簡(jiǎn)單，只要用不透明的材料把其它方向的光遮住即可。這是因?yàn)榭梢?jiàn)光近似沿直線(xiàn)傳播，衍射能力很弱。然而，在無(wú)線(xiàn)通

20、訊系統(tǒng)中，信號(hào)以衍射能力很強(qiáng)的電磁波的形式存在，所以無(wú)法使用生成光束的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)波束成型，而必須使用其他方法。波束形成原理: 陣列輸出選取一個(gè)適當(dāng)?shù)募訖?quán)向量以補(bǔ)償各個(gè)陣元的傳播時(shí)延，從而使得在某一個(gè)期望方向上陣列輸出可以同向疊加，進(jìn)而使得陣列在該方向上產(chǎn)生一個(gè)主瓣波束；并在可以某個(gè)方向上對(duì)干擾進(jìn)行一定程度的抑制。自適應(yīng)波束形成是在某種最優(yōu)準(zhǔn)則下通過(guò)自適應(yīng)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)權(quán)集尋優(yōu)，自適應(yīng)波束形成能適應(yīng)各種環(huán)境的變化，實(shí)時(shí)的將權(quán)集調(diào)整到最佳位置附近。23波束成型 無(wú)線(xiàn)通訊電磁波的信號(hào)能量在發(fā)射機(jī)由天線(xiàn)輻射進(jìn)入空氣，并在接收端由天線(xiàn)接收。因此，電磁波的輻射方向由天線(xiàn)的特性決定。天線(xiàn)的方向特性可以由輻射方向

21、圖（即天線(xiàn)發(fā)射的信號(hào)在空間不同方向的幅度）來(lái)描述。普通的天線(xiàn)的輻射方向圖方向性很弱（即每個(gè)方向的輻射強(qiáng)度都差不多，類(lèi)似電燈泡），而最基本的形成波束的方法則是使用輻射方向性很強(qiáng)的天線(xiàn)（即瞄準(zhǔn)一個(gè)方向輻射，類(lèi)似手電筒）。 然而，此類(lèi)天線(xiàn)往往體積較大，很難安裝到移動(dòng)終端上（想象一下iPhone上安了一個(gè)鍋蓋天線(xiàn)會(huì)是什么樣子）。另外，波束成形需要可以隨著接收端和發(fā)射端之間的相對(duì)位置而改變波束的方向。傳統(tǒng)使用單一天線(xiàn)形成波束的方法需要轉(zhuǎn)動(dòng)天線(xiàn)才能改變波束的方向，而這在手機(jī)上顯然不可能。因此，實(shí)用的波束成形方案使用的是智能天線(xiàn)陣列24智能天線(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)的成功部署取決于有效的天線(xiàn)陣列設(shè)計(jì)。這利用了空中接口變化

22、的優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)使用多波束智能天線(xiàn)陣列系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)SDMA能力。智能天線(xiàn)有助于干擾減輕，同時(shí)保持最佳的覆蓋區(qū)域和同時(shí)傳輸移動(dòng)手持機(jī)和BS 的功率降低。此外，對(duì)于相同的物理孔徑尺寸，更多的能量可以通過(guò)使用窄波束在較高頻率傳輸。智能天線(xiàn)實(shí)現(xiàn)使得相同的信道可以被不同的波束使用。這減少了無(wú)線(xiàn)通信的主要問(wèn)題之一：同信道干擾。波束形成天線(xiàn)的使用中與小數(shù)負(fù)載系數(shù)，進(jìn)一步稀釋了共信道干擾的問(wèn)題。高度定向的波束的應(yīng)用不一定需要任何分?jǐn)?shù)負(fù)載?；A(chǔ)設(shè)施費(fèi)用和復(fù)雜操作阻礙了對(duì)定向天線(xiàn)的不加區(qū)別的使用。然而，甚至更少?gòu)?fù)雜的天線(xiàn)能夠提供相當(dāng)大的容量增益。25大規(guī)模MIMO 在單天線(xiàn)對(duì)單天線(xiàn)的傳輸系統(tǒng)中，由于環(huán)境的復(fù)雜性，電磁波在

23、空氣中經(jīng)過(guò)多條路徑傳播后在接收點(diǎn)可能相位相反，互相削弱，此時(shí)信道很有可能陷于很強(qiáng)的衰落，影響用戶(hù)接收到的信號(hào)質(zhì)量。而當(dāng)基站天線(xiàn)數(shù)量增多時(shí)，相對(duì)于用戶(hù)的幾百根天線(xiàn)就擁有了幾百個(gè)信道，他們相互獨(dú)立，同時(shí)陷入衰落的概率便大大減小，這對(duì)于通信系統(tǒng)而言變得簡(jiǎn)單而易于處理。 大規(guī)模天線(xiàn)有哪些好處? 第一，當(dāng)然是大幅度提高網(wǎng)絡(luò)容量。第二，因?yàn)橛幸欢烟炀€(xiàn)同時(shí)發(fā)力，由波速成形形成的信號(hào)疊加增益將使得每根天線(xiàn)只需以小功率發(fā)射信號(hào)，從而避免使用昂貴的大動(dòng)態(tài)范圍功率放大器，減少了硬件成本。第三，大數(shù)定律造就的平坦衰落信道使得低延時(shí)通信成為可能。傳統(tǒng)通信系統(tǒng)為了對(duì)抗信道的深度衰落，需要使用信道編碼和交織器，將由深度衰落

24、引起的連續(xù)突發(fā)錯(cuò)誤分散到各個(gè)不同的時(shí)間段上 (交織器的目的即將不同時(shí)間段的信號(hào)揉雜, 從而分散某一短時(shí)間內(nèi)的連續(xù)錯(cuò)誤)，而這種揉雜過(guò)程導(dǎo)致接收機(jī)需完整接受所有數(shù)據(jù)才能獲得信息，造成時(shí)延。在大規(guī)模天線(xiàn)下，得益于大數(shù)定理而產(chǎn)生的衰落消失，信道變得良好，對(duì)抗深度衰弱的過(guò)程可以大大簡(jiǎn)化，因此時(shí)延也可以大幅降低。26大規(guī)模MIMO 大規(guī)模天線(xiàn)陣列正是基于多用戶(hù)波束成形的原理，在基站端布置幾百根天線(xiàn)，對(duì)幾十個(gè)目標(biāo)接收機(jī)調(diào)制各自的波束，通過(guò)空間信號(hào)隔離，在同一頻率資源上同時(shí)傳輸幾十條信號(hào)。這種對(duì)空間資源的充分挖掘，可以有效利用寶貴而稀缺的頻帶資源，并且成幾十倍地提升網(wǎng)絡(luò)容量。 通過(guò)使用簡(jiǎn)單的線(xiàn)性信號(hào)處理技術(shù)

25、，大規(guī)模MIMO為BS提供了大量的天線(xiàn)。圖示出了大量的MIMO使能的BS。天線(xiàn)網(wǎng)格能夠引導(dǎo)水平和垂直波束。大規(guī)模MIMO顯著提高了光譜和能量效率。每個(gè)單個(gè)天線(xiàn)被定位以實(shí)現(xiàn)傳輸中的方向性。波前的相干疊加是大規(guī)模MIMO技術(shù)的基本原理。發(fā)射的波前在所期望的位置建設(shè)性地增加并且降低其他地方的強(qiáng)度。因此，在大規(guī)模MIMO啟用的BS的空間復(fù)用容量增加幾個(gè)量級(jí)。27空中接口 架構(gòu)和空中接口的變化強(qiáng)調(diào)小小區(qū)和增加的天線(xiàn)數(shù)量。在如此密集的5G部署中，許多服務(wù)器和路由器的配置和維護(hù)是一個(gè)復(fù)雜的挑戰(zhàn)。軟件設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)(SDN)為這一復(fù)雜挑戰(zhàn)提供了一個(gè)簡(jiǎn)化的解決方案。 SDN考慮控制平面和數(shù)據(jù)平面之間的分割，從而在5G

26、網(wǎng)絡(luò)中引入快速和靈活性。圖9描繪了用戶(hù)和控制信號(hào)的分離。因此，用戶(hù)平面容量的增加變得獨(dú)立于控制平面資源。這使得5G網(wǎng)絡(luò)在所需位置具有高數(shù)據(jù)，而不會(huì)招致控制平面開(kāi)銷(xiāo)。 SDN通過(guò)使用軟件組件來(lái)解耦數(shù)據(jù)和控制平面。這些軟件組件負(fù)責(zé)管理控制平面，從而減少硬件限制。兩個(gè)平面之間的交互通過(guò)使用開(kāi)放接口實(shí)現(xiàn)，如OpenFlow 。它還便于在不同配置之間切換。28SDN產(chǎn)生背景歸結(jié)以上問(wèn)題，實(shí)際上是網(wǎng)絡(luò)缺乏統(tǒng)一的大腦。一直以來(lái)，網(wǎng)絡(luò)的工作方式是：網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)各種交互機(jī)制，獨(dú)立的學(xué)習(xí)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，自行決定與其他節(jié)點(diǎn)的交互方式；當(dāng)流量過(guò)來(lái)時(shí)，根據(jù)節(jié)點(diǎn)間交互做出的決策，獨(dú)立的轉(zhuǎn)發(fā)相應(yīng)報(bào)文；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)發(fā)生變化

27、時(shí)，其他節(jié)點(diǎn)感知變化重新計(jì)算路徑。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的這種分散決策的特點(diǎn)，在此前很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)滿(mǎn)足了互聯(lián)互通的需要，但由于這種分散決策機(jī)制缺少全局掌控，在需要流量精細(xì)化控制管理的今天，表現(xiàn)出越來(lái)越多的問(wèn)題。在此背景之下，SDN應(yīng)運(yùn)而生。 傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)作模式是靜態(tài)的，網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備是決定性的因素，控制單位和轉(zhuǎn)發(fā)單位緊密耦合。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的連接產(chǎn)生了不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，不同廠(chǎng)商的交換機(jī)模型也各不相同，導(dǎo)致目前的網(wǎng)絡(luò)非常復(fù)雜。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備所依賴(lài)的協(xié)議由于歷史原因，存在多樣化、不統(tǒng)一、靜態(tài)控制和缺少共性的問(wèn)題，這進(jìn)一步加大了網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。在網(wǎng)絡(luò)中增刪一臺(tái)中心設(shè)備是非常復(fù)雜的，往往需要多臺(tái)交換機(jī)、路由器、Web 認(rèn)證門(mén)戶(hù)等等

28、。這些因素都導(dǎo)致傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)適合于一種靜態(tài)的、不需要管理者太多干預(yù)的狀態(tài)。大數(shù)據(jù)應(yīng)用依賴(lài)于兩點(diǎn)，即海量數(shù)據(jù)處理和預(yù)先定義好的計(jì)算模式，分布式的數(shù)據(jù)中心和集中式的控制中心，必然導(dǎo)致大量的數(shù)據(jù)批量傳輸及相關(guān)的聚合劃分操作，這對(duì)網(wǎng)絡(luò)的性能提出了非常高的要求，為了更好的利用網(wǎng)絡(luò)資源，大數(shù)據(jù)應(yīng)用需要按需調(diào)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)資源。29 SDN可以跨越OSI層來(lái)重新建模網(wǎng)絡(luò)以實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化管理。 冗余接口由控制器減少，控制器將策略分配給路由器用于監(jiān)控功能。 應(yīng)用于無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)(RAN)的SDN本身表現(xiàn)為SON解決方案。 SON算法通過(guò)控制平面協(xié)調(diào)在粗粒度上優(yōu)化RAN，同時(shí)保持精細(xì)的粒度數(shù)據(jù)平面不受影響。 雖然SON提

29、供高增益，但是數(shù)據(jù)平面的改進(jìn)需要多個(gè)BS的協(xié)作來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。 協(xié)調(diào)多點(diǎn)(CoMP)傳輸有助于以非常精細(xì)的時(shí)間尺度進(jìn)行協(xié)作數(shù)據(jù)傳輸。 Cloud RAN還通過(guò)分散數(shù)據(jù)平面提供了一個(gè)可行的解決方案。 數(shù)據(jù)和控制信號(hào)可以通過(guò)不同的節(jié)點(diǎn)，不同的頻譜甚至不同的技術(shù)路由，以管理網(wǎng)絡(luò)密度和多樣性。SON(Self-Organized Networks) 是在LTE的網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化階段由移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商主導(dǎo)提出的概念，其主要思路是實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的一些自主功能（自配置、自?xún)?yōu)化、自愈三大功能），減少人工參與，降低運(yùn)營(yíng)成本。CoMP:該技術(shù)的核心思想是通過(guò)處于不同地理位置的多個(gè)傳輸點(diǎn)之間的合作來(lái)避免相鄰基站之間的干擾或?qū)⒏?/p>

30、擾轉(zhuǎn)換為對(duì)用戶(hù)有用信號(hào)，以合作的方式實(shí)現(xiàn)用戶(hù)性能的改善。30云RAN的提出 如今，移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商正面臨著激烈的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，用于建設(shè)、運(yùn)營(yíng)、升級(jí)無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)的支出不斷增加，而收入?yún)s未必以同樣的速度增加。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的流量迅速上升，由于競(jìng)爭(zhēng)的緣故，單用戶(hù)的ARPU值卻增長(zhǎng)緩慢，甚至在慢慢減少，這些因素嚴(yán)重地削弱了移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的盈利能力。為了保持持續(xù)盈利和長(zhǎng)期增長(zhǎng)，移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商必須尋找低成本地為用戶(hù)提供無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)的方法。 無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)(RAN)是移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商賴(lài)以生存的重要資產(chǎn)，通過(guò)無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)可以向用戶(hù)提供7x24小時(shí)不間斷、高質(zhì)量的數(shù)據(jù)服務(wù)。傳統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)具有以下特點(diǎn)：第一，每個(gè)基站連接若干固定數(shù)量的扇區(qū)天線(xiàn)，并

31、覆蓋小片區(qū)域，每個(gè)基站只能處理本小區(qū)收發(fā)信號(hào)；第二，系統(tǒng)的容量是干擾受限，各個(gè)基站獨(dú)立工作已經(jīng)很難增加頻譜效率；第三，基站通常都是基于專(zhuān)有平臺(tái)開(kāi)發(fā)的“垂直解決方案”。這些特點(diǎn)帶來(lái)了以下挑戰(zhàn)：數(shù)量巨大的基站意味著高額的建設(shè)投資、站址配套、站址租賃以及維護(hù)費(fèi)用，建設(shè)更多的基站意味著更多的資本開(kāi)支和運(yùn)營(yíng)開(kāi)支。此外，現(xiàn)有基站的實(shí)際利用率還是很低，網(wǎng)絡(luò)的平均負(fù)載一般來(lái)說(shuō)大大低于忙時(shí)負(fù)載，而不同的基站之間不能共享處理能力，也很難提高頻譜效率。最后，專(zhuān)有的平臺(tái)意味著移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商需要維護(hù)多個(gè)不兼容的平臺(tái)，在擴(kuò)容或者升級(jí)的時(shí)候也需要更高的成本。31云RAN 在傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，多協(xié)議功能和以太網(wǎng)一直延

32、伸到遠(yuǎn)程蜂窩站點(diǎn)。圖示出了典型的C-RAN架構(gòu)，其中來(lái)自許多遠(yuǎn)程站點(diǎn)的基帶單元(BBU)集中在虛擬BBU池。這導(dǎo)致統(tǒng)計(jì)復(fù)用增益，能量效率操作和資源節(jié)約。虛擬BBU池進(jìn)一步促進(jìn)可擴(kuò)展性，成本降低，不同服務(wù)的集成和減少現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的時(shí)間消耗。遠(yuǎn)程射頻頭(RRH)包括變壓器組件，放大器和雙工器，可實(shí)現(xiàn)數(shù)字處理，模數(shù)轉(zhuǎn)換，功率放大和濾波。 RRH通過(guò)高于1Gbps的單模數(shù)據(jù)速率連接到BBU池。這種簡(jiǎn)化的BS架構(gòu)為密集的5G部署鋪平了道路，使其價(jià)格適中，靈活和高效。強(qiáng)大的云計(jì)算能力可以輕松處理所有復(fù)雜的控制過(guò)程?；鶐С厍跋蚧貍鞴夥峙渚W(wǎng)絡(luò)32云RAN C-RAN中的C既可以指“集中式”無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)（RAN），

33、也可以指“云”無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)。這兩個(gè)概念是相關(guān)的，都與蜂窩基站網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的新架構(gòu)有關(guān)。 C-RAN依然是一個(gè)相當(dāng)新的趨勢(shì)，只是在幾年前才由中國(guó)移動(dòng)開(kāi)始。但是世界各地的其他網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商正在積極地部署集中式RAN網(wǎng)絡(luò)，以希望在市場(chǎng)成熟時(shí)能夠更多地承擔(dān)責(zé)任。在傳統(tǒng)的分布式蜂窩網(wǎng)絡(luò)，RAN是我們所認(rèn)為的蜂窩基站網(wǎng)絡(luò)的一部分，其設(shè)備在蜂窩基站塔的頂端和塔下。 其主要的組件是基帶單元（BBU），這是一個(gè)無(wú)線(xiàn)電設(shè)備，每小時(shí)處理數(shù)十億比特的信息，并將最終用戶(hù)連接到核心網(wǎng)絡(luò)。 C-RAN提供了一種嶄新而高效的替代方案。 通過(guò)利用光纖用于前傳的巨大的信號(hào)承載能力，運(yùn)營(yíng)商們能夠?qū)⒍鄠€(gè)BBU集中到一個(gè)地點(diǎn)，它可以在一個(gè)蜂窩基

34、站，也可以在一個(gè)集中式的BBU池。將多個(gè)BBU集中起來(lái)精簡(jiǎn)了每個(gè)蜂窩基站所需的設(shè)備數(shù)量，并且能夠提供更低延遲等其他各種優(yōu)勢(shì)。雖然C-RAN的最終歸宿是云RAN，那時(shí)網(wǎng)絡(luò)的一些功能開(kāi)始在“云端”虛擬化。一旦BBU集中化以后，商用的現(xiàn)成服務(wù)器就能夠完成大部分的日常處理。這意味著B(niǎo)BU可以重新設(shè)計(jì)和進(jìn)行縮減以專(zhuān)門(mén)進(jìn)行復(fù)雜或?qū)Ｓ械奶幚?。借助云RAN處理的集中式基站簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)的管理，并且使資源池和無(wú)線(xiàn)資源得以協(xié)調(diào)。33D2D D2D通信技術(shù)是指兩個(gè)對(duì)等的用戶(hù)節(jié)點(diǎn)之間直接進(jìn)行通信的一種通信方式。在由D2D通信用戶(hù)組成的分布式網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)用戶(hù)節(jié)點(diǎn)都能發(fā)送和接收信號(hào)，并具有自動(dòng)路由(轉(zhuǎn)發(fā)消息)的功能。網(wǎng)絡(luò)的參

35、與者共享它們所擁有的一部分硬件資源，包括信息處理、存儲(chǔ)以及網(wǎng)絡(luò)連接能力等。這些共享資源向網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)和資源，能被其它用戶(hù)直接訪(fǎng)問(wèn)而不需要經(jīng)過(guò)中間實(shí)體。在D2D通信網(wǎng)絡(luò)中，用戶(hù)節(jié)點(diǎn)同時(shí)扮演服務(wù)器和客戶(hù)端的角色，用戶(hù)能夠意識(shí)到彼此的存在，自組織地構(gòu)成一個(gè)虛擬或者實(shí)際的群體。34M2M M2M是指多種不同類(lèi)型的通信技術(shù)有機(jī)的結(jié)合在一起：機(jī)器之間通信；機(jī)器控制通信；人機(jī)交互通信；移動(dòng)互聯(lián)通信。M2M讓機(jī)器，設(shè)備，應(yīng)用處理過(guò)程與后臺(tái)信息系統(tǒng)共享信息，并與操作者共享信息。它提供了設(shè)備實(shí)時(shí)地在系統(tǒng)之間、遠(yuǎn)程設(shè)備之間、或和個(gè)人之間建立無(wú)線(xiàn)連接，傳輸數(shù)據(jù)的手段。 M2M技 術(shù)綜合了數(shù)據(jù)采集、GPS，遠(yuǎn)程監(jiān)控、電

36、信、信息技術(shù)，是計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備、傳感器、人類(lèi)等的生態(tài)系統(tǒng)，能夠使業(yè)務(wù)流程自動(dòng)化，集成公司資訊科技 (IT)系統(tǒng)和非IT設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)，并創(chuàng)造增值服務(wù)。這一平臺(tái)可在安全監(jiān)測(cè)、自動(dòng)抄表、機(jī)械服務(wù)和維修業(yè)務(wù)、自動(dòng)售貨機(jī)、公共交通系統(tǒng)、車(chē)隊(duì)管理、工業(yè) 流程自動(dòng)化、電動(dòng)機(jī)械、城市信息化等環(huán)境中運(yùn)行并提供廣泛的應(yīng)用和解決方案。35物聯(lián)網(wǎng) 如圖所示，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)想數(shù)百萬(wàn)個(gè)同時(shí)連接，涉及各種設(shè)備，連接的家庭，智能電網(wǎng)和智能交通系統(tǒng)。這個(gè)愿景最終只有隨著高帶寬5G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)才能實(shí)現(xiàn)。物聯(lián)網(wǎng)使許多智能對(duì)象和應(yīng)用程序的互聯(lián)網(wǎng)連接和數(shù)據(jù)互操作性成為可能。 IoT的六個(gè)獨(dú)特挑戰(zhàn)包括(i)自動(dòng)傳感器配置，(ii)上下

37、文檢測(cè)，(iii)采集，建模和推理(iv)在“傳感即服務(wù)”模型中選擇傳感器(v)安全 - 隱私 - 信任和(vi)上下文共享。物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)施是復(fù)雜的，因?yàn)樗ㄔ诟鞣N粒度和抽象級(jí)別的大規(guī)模，分布式，自主和異構(gòu)組件之間的合作。云的概念，提供大存儲(chǔ)，計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)功能，可以與各種支持物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備集成。36其他應(yīng)用 除了上述應(yīng)用，金融業(yè)隨著企業(yè)和客戶(hù)的增加，需要強(qiáng)大的計(jì)算和數(shù)據(jù)處理。 基于5G的未來(lái)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)具有巨大的潛力轉(zhuǎn)變不同的金融服務(wù)，如銀行，支付，個(gè)人金融管理，社會(huì)支付，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交易和本地商業(yè)。 傳感，通信和控制提高了電網(wǎng)的效率和可靠性，從而使其現(xiàn)代化為智能電網(wǎng)(SG)。 SG使用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行能量數(shù)據(jù)

38、收集，電力監(jiān)測(cè)，保護(hù)和需求/響應(yīng)管理。智能信息和智能通信子系統(tǒng)是智能電網(wǎng)的一部分。 智能電網(wǎng)無(wú)縫鏈接物理組件和代表大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)通信。 無(wú)線(xiàn)技術(shù)已經(jīng)被用于有效的實(shí)時(shí)需求響應(yīng)(DR)管理。 預(yù)計(jì)提出的5G的高帶寬和低延遲將解決與SG需求響應(yīng)相關(guān)的許多挑戰(zhàn)。 同樣，以自動(dòng)化，嵌入式系統(tǒng)，娛樂(lè)，電器，效率和安全為根基的智能家居是一個(gè)積極的技術(shù)研究領(lǐng)域。 智能城市，可持續(xù)發(fā)展的基本要素正處于增長(zhǎng)勢(shì)頭。 物聯(lián)網(wǎng)，M2M，云計(jì)算，與5G集成的主要概念在這些研究領(lǐng)域非常有說(shuō)服力。37改善用戶(hù)體驗(yàn)QoE 體驗(yàn)質(zhì)量（Quality of Experience，QoE）是指用戶(hù)對(duì)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)、應(yīng)用或

39、業(yè)務(wù)的質(zhì)量和性能的主觀感受。QoE指的是用戶(hù)感受到的完成整個(gè)過(guò)程的難易程度。 5G時(shí)代的性能指標(biāo)高度集中于QoE 。訂閱，基于廣告的商業(yè)模式和內(nèi)容交付的增長(zhǎng)正在推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)上視頻傳輸?shù)膸缀踔笖?shù)增長(zhǎng)。不久以來(lái)，互聯(lián)網(wǎng)上的視頻預(yù)計(jì)在觀眾數(shù)量方面超過(guò)電視。然而，互聯(lián)網(wǎng)視頻生態(tài)系統(tǒng)缺乏正規(guī)的質(zhì)量測(cè)量技術(shù)。傳統(tǒng)的QoS度量，包括丟包，丟失率，網(wǎng)絡(luò)延遲，PSNR和往返時(shí)間，現(xiàn)在被認(rèn)為對(duì)視頻移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)無(wú)效。另一方面，QoE強(qiáng)調(diào)用戶(hù)的感知滿(mǎn)意度。對(duì)于整體用戶(hù)體驗(yàn)，QoS的技術(shù)條件仍然至關(guān)重要，但不夠充分。圖給出了QoS和QoE之間的關(guān)系。更高的QoS不一定意味著更高的QoE 。產(chǎn)品的交互性，產(chǎn)品的感覺(jué)，服務(wù)目的

40、的能力和融入整個(gè)環(huán)境是定義QoE特征的一些主要經(jīng)驗(yàn)。感覺(jué)使用的結(jié)果38 云 VR/ARn VR/AR 對(duì)帶寬的需求是巨大的。高質(zhì)量 VR/AR 內(nèi)容處理走向云端，滿(mǎn)足用戶(hù)日益增長(zhǎng)的體驗(yàn)要求的同時(shí)降低設(shè)備價(jià)格，VR/AR 將成為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)最有潛力的大流量業(yè)務(wù)。n 雖然現(xiàn)有 4G 網(wǎng)絡(luò)平均吞吐量可以達(dá)到 100Mbps，但一些高階 VR/AR 應(yīng)用需要更高的速度和更低的延遲。39目錄5G介紹01技術(shù)特點(diǎn)02相關(guān)應(yīng)用0340車(chē)聯(lián)網(wǎng)n 驅(qū)動(dòng)汽車(chē)變革的關(guān)鍵技術(shù)-自動(dòng)駕駛、編隊(duì)行駛、車(chē)輛生命周期維護(hù)、傳感器數(shù)據(jù)眾包等都需要安全、可靠、低延遲和高帶寬的連接，這些連接特性再高速公路和密集城市中至關(guān)重要，只有 5

41、G 可以同時(shí)滿(mǎn)足這樣的要求。n 根據(jù) ABI Research 預(yù)測(cè)，到 2025 年 5G 連接的汽車(chē)將達(dá)到 5030 萬(wàn)輛。汽車(chē)的典型換代周期是 710 年，因此，汽車(chē)將 再 2025 年2030 年之 間大幅增長(zhǎng)。41智能制造n 雖然近年 Wifi、藍(lán)牙和 wirelessHART 等無(wú)線(xiàn)方案已經(jīng)在制造車(chē)間開(kāi)始使用，但是這些方案在帶寬、可靠性和安全性等方面都存在局限性。對(duì)于最新最尖端的智慧制造，靈活、可移動(dòng)、高帶寬、低時(shí)延和高可靠性的通信是基礎(chǔ)的要求，而 5G 能更好的滿(mǎn)足這些要求。預(yù)測(cè)顯示，從 2022 年到 2026 年，5G IIOT 的平均年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到 464%42智能能源

42、43無(wú)線(xiàn)醫(yī)療在最近的 B2B 調(diào)查中，醫(yī)療領(lǐng)域 42%的受訪(fǎng)者已經(jīng)制定了部署 5G 的計(jì)劃，并確信5G 將作為先進(jìn)醫(yī)療解決方案的使能因素。44無(wú)線(xiàn)家庭娛樂(lè)高清晰 8K 視頻和云游戲?qū)⒋呱鷮?duì) 5G 的極大需求。45聯(lián)網(wǎng)無(wú)人機(jī)46個(gè)人 AI 輔助導(dǎo)盲頭盔 the best you areTHANK YOU!482022-4-26 FBMC調(diào)研492022-4-26大綱 FBMC發(fā)展歷史 FBMC的研究現(xiàn)狀 FBMC的熱門(mén)研究點(diǎn) 參考文獻(xiàn)502022-4-26OFDM的缺點(diǎn) OFDM載波之間是相互正交的，這種正交性有效的抵抗了窄帶干擾和頻率選擇性衰落。 OFDM 技術(shù)也存在很多不足之處。比如， OF

43、DM 系統(tǒng)的濾波方式為矩形窗濾波，并且在信號(hào)中插入循環(huán)前綴（Cyclic Prefix，CP）以對(duì)抗多徑衰落2，這帶來(lái)了無(wú)線(xiàn)資源的浪費(fèi)以及數(shù)據(jù)傳輸速度受損等缺陷。 此外, 由于 OFDM技術(shù)采用了方波作為基帶波形, 載波旁瓣較大, 從而在各載波同步不能?chē)?yán)格保證的情況下使得相鄰載波之間的干擾比較嚴(yán)重2。 OFDM旁瓣較高的危害很多，主要有以下幾個(gè)方面：較高的旁瓣會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的頻譜感知精度和效率，因?yàn)榕园昴芰窟^(guò)大，因此當(dāng)按傳統(tǒng)的能量感知方法進(jìn)行感知的時(shí)候，無(wú)法判斷檢測(cè)到的到底是有用信號(hào)還是旁瓣，這會(huì)造成誤判等后果；而且一般而言通信系統(tǒng)中發(fā)送的信號(hào)能量有限，較高的旁瓣會(huì)占去主要信號(hào)的能量，導(dǎo)致能量

44、的消耗和浪費(fèi)；OFDM 信號(hào)旁瓣過(guò)大會(huì)導(dǎo)致相鄰子載波間的保護(hù)間隔變長(zhǎng)，這會(huì)降低系統(tǒng)的頻譜利用率和用戶(hù)密度1。 對(duì)載波頻偏的敏感性高, 具有較高的峰均比; 另外, 各子載波必須具有相同的帶寬, 各子載波之間必須保持同步, 各子載波之間必須保持正交等, 限制了頻譜使用的靈活性. 512022-4-26FBMC的發(fā)展 在 5G系統(tǒng)中，由于支撐高數(shù)據(jù)速率的需要，將可能需要高達(dá)1GHz的帶寬。但在某些較低的頻段，難以獲得連續(xù)的寬帶頻譜資源，而在這些頻段，某些無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)，如電視系統(tǒng)中，存在一些未被使用的頻譜資源 (空白頻譜)。但是，這些空白頻譜的位置可能是不連續(xù)的，并且可用的帶寬也不一定相同，采用OFD

45、M技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)對(duì)這些可用頻譜的使用。靈活有效地利用這些空白的頻譜，是5G系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要問(wèn)題2。 為了克服多徑信道和高速寬帶無(wú)線(xiàn)通信帶來(lái)的頻率選擇性衰落，一個(gè)十分自然的想法就是在頻域上劃分成多個(gè)子帶，使得每一個(gè)子信道上的頻譜特性都近似平坦，同時(shí)使用多個(gè)相互獨(dú)立的子帶并行傳輸數(shù)據(jù)，這就有效的解決了延長(zhǎng)符號(hào)周期和傳輸速率的矛盾。在接收機(jī)中利用子帶之間的正交性或近似正交性來(lái)分離各自的信息，并且還可以在子帶之間進(jìn)行信號(hào)的頻率分集，進(jìn)一步增強(qiáng)通信的可靠性，這就是多載波調(diào)制的基本思想6。52 為了解決這些問(wèn)題, 基于濾波器組的多載波 (FBMC，filter-bank based multicarrie

46、r) 實(shí)現(xiàn)方案被認(rèn)為是解決以上問(wèn)題的有效手段，被我國(guó)學(xué)者最早應(yīng)用于國(guó)家863計(jì)劃后3G試驗(yàn)系統(tǒng)中2。濾波器組技術(shù)起源于20世紀(jì)70年代，由 Saltzberg，Chang，Weinstein 和 Bingha 等人提出，最初受制于實(shí)現(xiàn)上的復(fù)雜性并沒(méi)有在業(yè)界受到重視5，主要應(yīng)用在多速率采樣，減少計(jì)算復(fù)雜度以及減少傳輸數(shù)據(jù)率和存儲(chǔ)單元的要求，并在20世紀(jì)80年代開(kāi)始受到關(guān)注，隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)及集成電路的發(fā)展，尤其是快速傅立葉算法、大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，從 90 年代開(kāi)始，多載波技術(shù)逐漸得到了大范圍的應(yīng)用。在幾十年的發(fā)展過(guò)程中，濾波器組的研究經(jīng)歷了從基礎(chǔ)理論分析到各種理論的豐富完善，發(fā)展到現(xiàn)在已

47、經(jīng)產(chǎn)生了多種濾波器組理論、結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法，其應(yīng)用也從最初的語(yǔ)音處理擴(kuò)展到通信信號(hào)處理、圖像編碼/壓縮、自適應(yīng)濾波、雷達(dá)信號(hào)處理、快速計(jì)算、系統(tǒng)辨識(shí)、噪聲消除等許多領(lǐng)域 3。2022-4-2653 濾波器組技術(shù)開(kāi)始受到人們的關(guān)注時(shí)期是在1980年，Johnston提出了兩通道正交鏡像濾波器組(Quadrature Mirror Filter，QMF)。它可以完全消除混迭失真和相位失真，只存在微小的幅度失真。1986年，Smith和Bowell提出了共扼正交濾波器組。(Conjugate Quadrature Mirror Filter，CQF)，首次實(shí)現(xiàn)了完全重構(gòu)。接著，Vaidyanathan

48、在1987年引入了多相位(Polyphase)分解的方法對(duì)濾波器組進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，極大的簡(jiǎn)化了濾波器組設(shè)計(jì)的思想，為濾波器組的實(shí)現(xiàn)提供了一種可靠的結(jié)構(gòu)，同時(shí)也為格型濾波器組理論的發(fā)展打下了基礎(chǔ)。1992年，KoilpillaiR.D提出了余弦調(diào)制(eosine-modulated filter bank，C璐B)的M帶濾波器組，給出了完全重構(gòu)條件，并用格型結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。這些工作不但極大的推動(dòng)了濾波器組理論的研究，同時(shí)還為后續(xù)的深入研究提供了理論基礎(chǔ)3。2022-4-2654 濾波器組多載波技術(shù)在20世紀(jì)90年代由不同的研究者從不同的角度進(jìn)行分析和提出的，其中濾波多音調(diào)制、廣義多載波等是基于多抽樣率

49、數(shù)字信號(hào)處理，從調(diào)制濾波器組的思路對(duì)該技術(shù)進(jìn)行的分析，即發(fā)射機(jī)對(duì)串并變換后的多路信號(hào)，首先進(jìn)行上插值，然后分別通過(guò)帶通調(diào)制濾波器調(diào)制到不同的頻帶上，時(shí)域合成以后就構(gòu)成寬帶多載波信號(hào)，而接收機(jī)的處理是對(duì)應(yīng)的逆過(guò)程，通過(guò)一組不同中心頻率的帶通濾波器得到對(duì)應(yīng)子帶的信號(hào)后再進(jìn)行下抽樣、解調(diào)輸出。而非正交多載波、時(shí)頻局部化多載波的理論基礎(chǔ)是二維時(shí)頻面上的框架理論42-47，它把發(fā)送和接收原型脈沖的時(shí)移和頻移構(gòu)成的網(wǎng)格看成是時(shí)頻面上一組基函數(shù)。發(fā)射機(jī)就是把各個(gè)子帶上的每個(gè)符號(hào)投影到二維時(shí)頻網(wǎng)格，再進(jìn)行信號(hào)綜合得到寬帶合成信號(hào)，接收端是對(duì)應(yīng)的信號(hào)分析的逆過(guò)程，利用網(wǎng)格在時(shí)域和頻域上的正交或近似正交特性，來(lái)解

50、調(diào)輸出6。因此無(wú)論實(shí)際的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)還是一些理論上討論濾波器組性能分析、估計(jì)和均衡、同步都還是采用的能量歸一化的平方根升余弦濾波器6。2022-4-26552022-4-26 在基于濾波器組的多載波技術(shù)中，存在分析濾波器組、綜合濾波器組以及上下采樣器。發(fā)送端通過(guò)綜合濾波器組來(lái)實(shí)現(xiàn)多載波調(diào)制，接收端通過(guò)分析濾波器組來(lái)實(shí)現(xiàn)多載波解調(diào)。綜合濾波器組和分析濾波器組由一組并行的成員濾波器構(gòu)成，其中各個(gè)成員濾波器都是由原型濾波器經(jīng)載波調(diào)制而得到的調(diào)制濾波器。 在濾波器組中，一般存在三種失真：(1)混疊失真，這是由于分析濾波器組和綜合濾波器組的頻帶不能完全分開(kāi)及抽樣頻率不能滿(mǎn)足奈奎斯特抽樣定理所致；(2)幅度及

51、相位失真，這兩項(xiàng)失真來(lái)源于分析及綜合濾波器組的頻帶在通帶內(nèi)不是全通函數(shù)，而其相頻特性不具有線(xiàn)性相位所致；(3)對(duì)各子帶信號(hào)作處理時(shí)(如編碼)所產(chǎn)生的誤差(如量化誤差)。 一般存在混疊失真的濾波器組是線(xiàn)性周期時(shí)變系統(tǒng)，而完全消除混疊失真的系統(tǒng)是線(xiàn)性時(shí)不變系統(tǒng)。如果濾波器組的輸出是輸入的純延時(shí)，則稱(chēng)為完全重構(gòu)系統(tǒng)(PerfeetReeonstruetion，PR)3。56研究發(fā)展史 該技術(shù)其本質(zhì)上就是把一路寬帶高速數(shù)據(jù)流通過(guò)串并變換轉(zhuǎn)換為并行的多路相對(duì)低速的數(shù)據(jù)流，然后再對(duì)應(yīng)調(diào)制到相互正交的多個(gè)子載波上，從而有效延長(zhǎng)符號(hào)周期，降低多徑帶來(lái)的頻率選擇性衰落影響。OFDM 作為多載波技術(shù)中的特例，相當(dāng)

52、于采用矩形脈沖做成型濾波，所以其對(duì)抗符號(hào)間干擾（ISI）有著先天的優(yōu)勢(shì)。但是在頻域，其頻譜可以看作是 Sinc 函數(shù)在各個(gè)子載波頻點(diǎn)上的保持相互正交的疊加，由于 Sinc 函數(shù)旁瓣較大、衰減緩慢。 當(dāng) OFDM 系統(tǒng)處于復(fù)雜移動(dòng)條件下的快時(shí)變衰落信道中時(shí)，子載波間正交性被破壞不能得到保證，所以受載波間的干擾（ICI）影響十分嚴(yán)重，為了達(dá)到多載波技術(shù)對(duì) ISI 和ICI 干擾的折衷考慮，實(shí)現(xiàn)在時(shí)頻雙色散信道下的可靠通信，一些相關(guān)文獻(xiàn)提出了采用非矩形脈沖子帶成型的多載波，如 Kozek，Haas，Blcskei，Matz，F(xiàn).M.Han等提出的非正交多載波和脈沖成型多載波，Cherubini，As

53、salini 等提出的濾波多音調(diào)制，高西奇、尤肖虎等提出的廣義多載波等5。2022-4-2657FBMC-OQAM OQAM調(diào)制：干擾系數(shù)都是實(shí)虛交替分布的，利用這個(gè)性質(zhì)，將原先復(fù)數(shù)信號(hào)的實(shí)數(shù)部分和虛數(shù)部分分開(kāi)處理，時(shí)間間隔為符號(hào)周期T/2。在干擾項(xiàng)為實(shí)數(shù)的單位塊發(fā)送虛數(shù)部分，在干擾項(xiàng)為虛數(shù)的單位塊發(fā)送實(shí)數(shù)部分，這樣在接收端解調(diào)時(shí)，就可以通過(guò)實(shí)部和虛部的分別處理來(lái)去除干擾項(xiàng)，從而得到原始的發(fā)送信號(hào)，調(diào)制框圖如下14。2022-4-2658 FBMC系統(tǒng)基本框架 和普通FFT濾波器組相比，發(fā)送端IFFT之前增加了OQAM預(yù)處理模塊，對(duì)復(fù)數(shù)信號(hào)進(jìn)行了實(shí)部和虛部分離；在IFFT之后增加了多相結(jié)構(gòu)PP

54、N模塊，實(shí)現(xiàn)了頻域的擴(kuò)展，接收端也有對(duì)應(yīng)的操作。IFFT和PPN(Poly Phase Network-多項(xiàng)濾波器組)稱(chēng)為綜合濾波器組(Synthesis Filter Bank，SFB)，對(duì)應(yīng)的接收端FFT和PPN稱(chēng)為分析濾波器組(Analysis Filter Bank， AFB)。此框架可以實(shí)現(xiàn)基本的基于FBMC的多載波調(diào)制解調(diào)功能14。 多相濾波器組的方法是從時(shí)域的角度出發(fā),保持FFT位數(shù)為M不變,通過(guò)在時(shí)域上做些額外的處理來(lái)實(shí)現(xiàn)原型濾波器的實(shí)現(xiàn)14。2022-4-2659多項(xiàng)濾波器組2022-4-26 發(fā)送端濾波器組60 發(fā)送端PPN的實(shí)現(xiàn)：2022-4-26612022-4-26F

55、BMC的研究點(diǎn) FBMC-OQAM降低峰均比（PAPR） FBMC-OQAM可以保持和FFT濾波器組相同的碼率 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀一類(lèi)是通過(guò)信號(hào)無(wú)失真技術(shù)來(lái)降低 OFDM 信號(hào)的峰均功率比，這一類(lèi)的代表性方法有部分傳輸序列法 以及選擇性映射法（Selective Mapping，SLM）。另一類(lèi)是通過(guò)信號(hào)有失真技術(shù)來(lái)降低 OFDM 信號(hào)的峰均功率比，其中比較著名的方法有剪切法（Clipping），壓擴(kuò)法（Companding），多音預(yù)留法，剪波加濾波法（Clipping and Filtering）以及星座擴(kuò)展法（Active Constellation Extension，ACE）。并且以這些方

56、法為基礎(chǔ)延伸出來(lái)的分支和改進(jìn)的方法也很多。 目前已有的文獻(xiàn)中，關(guān)于降低FBMC-OQAM信號(hào)PAPR的文章和方法都非常少。常見(jiàn)的有：Alexandre Skrzypczak 等人套用了 OFDM 系統(tǒng)中的 SLM 方法并提出了 OSLM（Overlapped SLM）方法來(lái)降低 FBMC-OQAM 信號(hào)的PAPR；Alexandre Skrzypczak 等人分析了 FBMC-OQAM 信號(hào)的互補(bǔ)累積函數(shù)（Complementary Cumulative Distribution Function ，CCDF）并將理論分析結(jié)果與實(shí)際仿真結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比；M. Usman Rahim 等人對(duì)剪切法

57、進(jìn)行了分析，通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)剪切法會(huì)明顯影響到 FBMC-OQAM 信號(hào)的旁瓣，雖然降低了 PAPR，但對(duì)FBMC-OQAM 信號(hào)的其它性能會(huì)有很大的影響。Zs. Kolar 等人用迭代剪切的方法降低 FBMC 信號(hào)的 PAPR。這些研究和分析中主要都是對(duì) FBMC-OQAM 系統(tǒng)特點(diǎn)的分析，實(shí)質(zhì)性的可以降低 FBMC-OQAM 信號(hào) PAPR 的方法卻不多。62 文獻(xiàn)1 數(shù)據(jù)塊聯(lián)合優(yōu)化（Multi-Block-Joint-Optimization，MBJO）的架構(gòu)，并基于該架構(gòu)提出了一個(gè)改進(jìn)的部分傳輸序列（Partial Transmission Sequence，PTS）方法來(lái)降低 FBMC-

58、OQAM信號(hào)的 PAPR。 優(yōu)化算法：（1）基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃（Dynamic Programming，DP）的算法；（2）用載波預(yù)留（Tone Reservation，TR）的方法降低 FBMC-OQAM信號(hào)的PAPR。2022-4-2663 基于訓(xùn)練序列的 FBMC 系統(tǒng)符號(hào)定時(shí)同步改進(jìn)算法由于 FBMC存在著時(shí)域上符號(hào)之間的重疊，其符號(hào)同步實(shí)現(xiàn)起來(lái)較復(fù)雜4。為了提高傳統(tǒng)濾波器組多載波( FBMC） 系統(tǒng)符號(hào)定時(shí)同步算法的精確度，提出了一種新的基于訓(xùn)練序列的符號(hào)定時(shí)估計(jì)算法。該算法考慮了噪聲因素對(duì)定時(shí)性能的影響，通過(guò)對(duì)訓(xùn)練符號(hào)重復(fù)延遲特性的分析，運(yùn)用最小二乘法實(shí)現(xiàn)了較高精度的同步定時(shí)估計(jì)4。n研

59、究現(xiàn)狀針對(duì)這一問(wèn)題，近年來(lái)提出了一些解決方案。Fusco等人提出盲同步定時(shí)估計(jì)，但是該方法適用于非彌散信道且需要大量的數(shù)據(jù)符號(hào)；Tonello等人將Schmidl等人算法應(yīng)用到FBMC系統(tǒng)中，通過(guò)傳輸一組具有重復(fù)冗余的訓(xùn)練序列實(shí)現(xiàn)定時(shí)估計(jì)，該方法的定時(shí)不確定性較大；Fusco等人改進(jìn)了Tonello的定時(shí)度量函數(shù)，提高了定時(shí)估計(jì)的精確度; 吳華等人在Fusco 等人的基礎(chǔ)上改進(jìn)延遲相關(guān)處理的長(zhǎng)度，得到了相對(duì)較好的性能4。2022-4-2664n濾波器組多載波系統(tǒng)載波同步和符號(hào)定時(shí)同步技術(shù)6由于影響的大小決定系統(tǒng)同步訓(xùn)練序列的選擇、同步資源的開(kāi)銷(xiāo)和系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)，因此有必要首先得到 FBMC 受同步

60、偏差的量化分析6。一種基于成型脈沖濾波的 FBMC 系統(tǒng)高效快速實(shí)現(xiàn)算法。該算法先把多載波連續(xù)系統(tǒng)抽樣得到離散化模型, 然后對(duì)系統(tǒng)模型延時(shí)進(jìn)行因果化處理，最后利用成型脈沖的有限截?cái)嚅L(zhǎng)度和復(fù)指數(shù)函數(shù)的周期性簡(jiǎn)化離散模型并得到快速實(shí)現(xiàn)算法。該算法計(jì)算復(fù)雜度僅略大于 OFDM 中基于 FFT 的快速實(shí)現(xiàn)算法，并且可以靈活的選擇濾波器截?cái)嚅L(zhǎng)度和系統(tǒng)基帶采樣頻率6。不過(guò)盡管 FBMC 的原型脈沖帶來(lái)了復(fù)雜的符號(hào)間交疊，其具體的分析思路和分析工具和 OFDM 有所不同，但基本方向是一致的，即通過(guò)多載波基帶等效模型，研究其同步偏差帶來(lái)的加性干擾和有用信號(hào)之間的信干比以及通過(guò)仿真來(lái)比較同步偏差帶來(lái)的誤碼率情況6。 2022-