LTE移動通信系統(tǒng)第11章第五代移動通信新技術應用

LTE移動通信系統(tǒng)第11章第五代移動通信新技術應用

第五代移動通信概述網(wǎng)絡體系架構(gòu)空中接口技術大規(guī)模MIMO技術毫米波無線通信技術同時同頻全雙工技術本章小結(jié)第11章第五代移動通信新技術

第五代移動通信概述網(wǎng)絡體系架構(gòu)空中接口技術大規(guī)模MIMO技術毫米波無線通信技術同時同頻全雙工技術

本章小結(jié)第11章第五代移動通信新技術第五代移動通信概述第五代(5G)移動通信系統(tǒng)是面向2020年以后用戶需求的新一代移動通信系統(tǒng)。超高的頻譜利用率和超低的功耗。在傳輸速率、資源利用、無線覆蓋性能和用戶體驗等方面將比現(xiàn)有移動通信系統(tǒng)有顯著提升。移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)是未來移動通信發(fā)展的兩大主要驅(qū)動力，為第五代移動通信提供了廣闊的應用前景。第五代移動通信概述第五代移動通信是多種新型無線接入技術和現(xiàn)有無線接入技術演進集成后的解決方案的總稱。與LTE相比，第五代移動通信系統(tǒng)融合多種無線接入方式充分利用不同頻段的頻譜資源支持更加多樣化的應用場景大幅提升頻譜效率、能源效率和成本效率，實現(xiàn)移動通信網(wǎng)絡的可持續(xù)發(fā)展IMT-2020(5G)推進組用“標志性能力指標”和“一組關鍵技術”給出了第五代移動通信的定義。第五代移動通信概述標志性能力指標第五代移動通信系統(tǒng)要滿足未來十年移動互聯(lián)網(wǎng)流量增加1000倍廣域覆蓋下100Mbps用戶體驗速率熱點地區(qū)數(shù)十Gbps峰值速率毫秒級的端到端時延百倍以上能效提升

除了業(yè)務能力指標要求外，還需要面對網(wǎng)絡運營方面帶來的挑戰(zhàn)，單位比特成本比LTE降低一個或更高的量級，其無線覆蓋性能、傳輸時延、系統(tǒng)安全和用戶體驗也將得到顯著的提高。第五代移動通信概述一組關鍵技術引入新的無線傳輸技術，將資源利用率在LTE的基礎上提高10倍以上引入新的體系結(jié)構(gòu)(如超密集小區(qū)結(jié)構(gòu))和更加深度的智能化能力，將整個系統(tǒng)的吞吐率提高25倍左右進一步挖掘新的頻率資源(如高頻段、毫米波與可見光等)，使未來無線移動通信的頻率資源擴展4倍左右。

綜合未來移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)各類場景和業(yè)務需求，第五代移動通信系統(tǒng)的主要技術場景可歸納為連續(xù)廣域覆蓋、熱點髙容量、低功耗大連接和低時延髙可靠四個場景。

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本章小結(jié)第11章第五代移動通信新技術網(wǎng)絡體系架構(gòu)第五代移動通信系統(tǒng)引入互聯(lián)網(wǎng)和虛擬化技術，采用基于通用硬件的新型基礎設施平臺，解決了現(xiàn)有基礎設施平臺成本髙、資源配置能力不強和業(yè)務上線周期長等問題。在網(wǎng)絡架構(gòu)方面，第五代移動通信采用基于控制轉(zhuǎn)發(fā)分離和控制功能重構(gòu)的技術。網(wǎng)絡體系架構(gòu)通過簡化的核心網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提供靈活髙效的控制轉(zhuǎn)發(fā)功能，支持髙智能運營，開放網(wǎng)絡能力，提升全網(wǎng)整體服務水平。接入網(wǎng)采用以用戶為中心的多層異構(gòu)網(wǎng)絡，宏站和微站相結(jié)合，容納多種接入技術，支持多接入和多連接、分布式和集中式、自回傳和自組織的復雜網(wǎng)絡拓撲，并且具備無線資源智能化管控和共享能力，支持基站的即插即用。網(wǎng)絡體系架構(gòu)未來網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)將進一步微型化、分布化，并通過小區(qū)間的相互協(xié)作，將干擾信號轉(zhuǎn)換為有用信號，從而解決小區(qū)微型化和分布化所帶來的干擾問題，最大程度地提高整個網(wǎng)絡的系統(tǒng)容量。

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本章小結(jié)第11章第五代移動通信新技術空中接口技術第五代移動通信的空中接口(簡稱空口)技術具有統(tǒng)一、靈活、可配置的技術特性，針對不同場景的技術需求，通過關鍵技術和參數(shù)的靈活配置形成相應的優(yōu)化技術方案。第五代移動通信的空中接口可由5G新空口(含低頻空口與高頻空口)和4G演進空口兩部分組成?？罩薪涌诩夹g5G新空口包含工作在6GHz以下頻段的低頻新空口以及工作在6GHz以上頻段的高頻新空口：較低頻段(6GHz以下頻段)的新空口：滿足大覆蓋、高移動性場景下的用戶體驗和海量設備連接。高頻段(6GHz以上頻段)的新空口：滿足熱點區(qū)域極高的用戶體驗速率和系統(tǒng)容量需求?？罩薪涌诩夹g5G空口技術框架5G空口技術的創(chuàng)新有著豐富的含義，在幀結(jié)構(gòu)、雙工、波形、多址、調(diào)制編碼、天線、協(xié)議等方面都有著很大的技術突破?？罩薪涌诩夹g幀結(jié)構(gòu)及信道

5G幀結(jié)構(gòu)的參數(shù)可靈活配置，以服務不同類型的業(yè)務，具體包括:帶寬、子載波間隔、循環(huán)前綴、傳輸時間間隔和上下行配比等?？罩薪涌诩夹g雙工技術5G將支持傳統(tǒng)的FDD和TDD及其增強技術，并可以支持靈活雙工和全雙工等新型雙工技術。低頻段將采用FDD和TDD，高頻段更適宜采用TDD。此外，靈活雙工技術可以靈活分配上下行時間和頻率資源，更好地適應非均勻、動態(tài)變化的業(yè)務分布。全雙工技術支持相同頻率相同時間上同時收發(fā)，是5G潛在的雙工技術。空中接口技術波形技術

除傳統(tǒng)的OFDM和單載波波形外，5G很有可能支持基于優(yōu)化濾波器設計的濾波器組多載波(FBMC)、基于濾波的OFDM(F-OFDM)和通用濾波多載波(UFMC)等新波形。

這類新波形技術具有極低的帶外泄露，不僅可提升頻譜使用效率，還可以有效利用零散頻譜并與其他波形實現(xiàn)共存。由于不同波形的帶外泄漏、資源開銷和峰均比等參數(shù)各不相同，可以根據(jù)不同的場景需求，選擇適合的波形技術，同時有可能存在多種波形共存的情況?？罩薪涌诩夹g多址接入技術

除支持傳統(tǒng)的OFDMA技術外，5G還將支持稀疏碼分多址(SCMA)、圖樣分割多址(PDMA)、多用戶共享接入(MUSA)等新型多址技術。這些新型多址技術通過多用戶的疊加傳輸，不僅可以提升用戶連接數(shù)，還可以有效提高系統(tǒng)頻譜效率。此外，通過免調(diào)度競爭接入，可大幅度降低時延。空中接口技術調(diào)制編碼技術對于高速率業(yè)務，多元低密度奇偶校驗碼(M-aryLDPC)、極化碼、新的星座映射以及超奈奎斯特調(diào)制(FTN)等比傳統(tǒng)的二元Turbo+QAM方式可進一步提升鏈路的頻譜效率。對于低速率小包業(yè)務，極化碼和低碼率的卷積碼可以在短碼和低信噪比條件下接近香農(nóng)容量界。對于低時延業(yè)務，需要選擇編譯碼處理時延較低的編碼方式；對于高可靠業(yè)務，需要消除譯碼算法的地板效應。

此外，由于密集網(wǎng)絡中存在大量的無線回傳鏈路，可以通過網(wǎng)絡編碼提升系統(tǒng)容量。空中接口技術多天線技術5G基站天線數(shù)及端口數(shù)將有大幅度增長，可支持配置上百根天線和數(shù)十個天線端口的大規(guī)模天線，并通過多用戶MIMO技術，支持更多用戶的空間復用傳輸，數(shù)倍提升系統(tǒng)頻譜效率。大規(guī)模天線還可用于高頻段，通過自適應波束成形補償高的路徑損耗。5G需要在參考信號設計、信道估計、信道信息反饋、多用戶調(diào)度機制以及基帶處理算法等方面進行改進和優(yōu)化，以支持大規(guī)模天線技術的應用?？罩薪涌诩夹g底層協(xié)議5G的空口協(xié)議需要支持各種先進的調(diào)度、鏈路自適應和多連接等方案，并可靈活配置，以滿足不同場景的業(yè)務需求。5G空口協(xié)議還將支持5G新空口、4G演進空口及WLAN等多種接入方式。為減少海量小包業(yè)務造成的資源和信令開銷，可考慮采用免調(diào)度的競爭接入機制，以減少基站和用戶之間的信令交互，降低接入時延。5G的自適應HARQ(混合自動重傳)協(xié)議將能夠滿足不同時延和可靠性的業(yè)務需求。此外，5G將支持更高效的節(jié)能機制，以滿足低功耗物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務需求。

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本章小結(jié)第11章第五代移動通信新技術大規(guī)模MIMO技術

在實際大規(guī)模MIMO中，基站只能配置有限數(shù)量天線，但天線數(shù)量非常大，通常幾十到幾百根，是現(xiàn)有系統(tǒng)天線數(shù)量的1-2個數(shù)量級以上，在同一個時頻資源上同時服務于若干個用戶。

在天線的配置方式上，天線可以是集中配置在一個基站上，形成集中式的大規(guī)模MIMO，也可以是分布式地配置在多個節(jié)點上，形成分布式的大規(guī)模MIMO。大規(guī)模MIMO技術

大規(guī)模MIMO技術能夠：大幅提升頻譜資源的整體利用率：利用基站大規(guī)模天線配置所提供的空間自由度，提升多用戶間的頻譜資源復用能力、各個用戶鏈路的頻譜效率以及抵抗小區(qū)間干擾的能力，由此用戶與基站之間通信的功率效率顯著提升：利用基站大規(guī)模天線配置所提供的分集增益和陣列增益。

面對5G系統(tǒng)在傳輸速率和系統(tǒng)容量等方面的性能挑戰(zhàn)，大規(guī)模MIMO技術成為5G系統(tǒng)區(qū)別于現(xiàn)有移動通信系統(tǒng)的核心技術之一。大規(guī)模MIMO技術大規(guī)模MIMO的關鍵技術

為充分挖掘大規(guī)模MIMO潛在的技術優(yōu)勢，需要探明符合典型實際應用場景的信道模型，并在實際信道模型、適度的導頻開銷及實現(xiàn)復雜性等約束條件下，分析其可達的頻譜效率和功率效率，進而探尋信道信息獲取及最優(yōu)傳輸技術。

大規(guī)模MIMO的核心問題還包括傳輸與檢測技術、多用戶調(diào)度和資源管理技術、覆蓋增強技術以及高速移動解決方案等。大規(guī)模MIMO技術大規(guī)模MIMO的關鍵技術大規(guī)模天線技術的潛在應用場景：宏覆蓋、高層建筑、異構(gòu)網(wǎng)絡、室內(nèi)外熱點以及無線回傳鏈路等。

在需要廣域覆蓋的場景，大規(guī)模天線技術可以利用現(xiàn)有頻段；在熱點覆蓋或回傳鏈路等場景，則可以考慮使用更高頻段。大規(guī)模MIMO技術大規(guī)模MIMO的關鍵技術(1)信道狀態(tài)信息測量、反饋及參考信號設計

為了更好地平衡信道狀態(tài)信息測量的開銷與精度，除了傳統(tǒng)的基于碼本的隱式反饋和基于信道互易性的反饋機制之外，諸如分級CSI(信道狀態(tài)信息)測量與反饋、基于Kronecker運算的CSI測量與反饋、壓縮感知以及預體驗式等新型反饋機制也值得考慮。大規(guī)模MIMO技術大規(guī)模MIMO的關鍵技術(2)下行發(fā)送與上行接收算法設計

大規(guī)模天線的性能增益主要是通過大量天線陣元形成的多用戶信道間的準正交特性保證的。然而，在實際的信道條件中，由于設備與傳播環(huán)境中存在諸多非理想因素，為了獲得穩(wěn)定的多用戶傳輸增益，仍然需要依賴下行發(fā)送與上行接收算法的設計來有效地抑制用戶間乃至小區(qū)間的同道干擾，而傳輸與檢測算法的計算復雜度則直接與天線陣列規(guī)模和用戶數(shù)相關。大規(guī)模MIMO技術大規(guī)模MIMO的關鍵技術(3)預編碼/波束成形算法

基于大規(guī)模天線的預編碼/波束成形算法與陣列結(jié)構(gòu)設計、設備成本、功率效率和系統(tǒng)性能都有直接的聯(lián)系?；贙ronecker運算的水平垂直分離算法、數(shù)模混合波束成形技術，或者分級波束成形技術等可以較為有效地降低大規(guī)模天線系統(tǒng)計算復雜度。

當天線數(shù)目很大時，大規(guī)模MIMO采用線性預編碼即可達到接近最優(yōu)時的容量。大規(guī)模MIMO技術大規(guī)模MIMO的預編碼

當基站天線數(shù)目接近無窮，且天線間相關性較小時，天線陣列形成的多個波束間將不存在干擾，系統(tǒng)容量較傳統(tǒng)MIMO系統(tǒng)大大提升。

大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中，最簡單的線性多用戶預編碼，如特征值波束成形(EBF，EigenvaluesBeamforming)、匹配濾波(MF，MatchingFilter)、正則化迫零(RZF，RegularizationZeroForcing)等能夠獲得幾乎是最優(yōu)的性能，且基站和用戶的發(fā)射功率也可以任意小。大規(guī)模MIMO技術大規(guī)模MIMO的預編碼

考慮由配置

根天線的基站和

個單天線用戶構(gòu)成的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)。若

根天線到同一用戶的大尺度衰落相同，且基站端天線相關矩陣為單位陣，則基站到用戶的信道為

維矩陣

其中

表示信道的大尺度衰落信息，

維矩陣表示信道

的快衰落信息，其各元素獨立同分布且服從均值為0方差為1的復高斯分布，維行向量

為

大規(guī)模MIMO技術大規(guī)模MIMO的預編碼基站到用戶()的信道。

在大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中，若，則有即用戶的信道是漸近正交的。

(1)特征值波束成形算法

特征值波束成形利用信道的特征值信息根據(jù)一定的準則進行波束成形。準則可以是最大信干噪比(MSINR)、最小均方誤差(MMSE)或線性約束最小方差(LCMV)等。大規(guī)模MIMO技術大規(guī)模MIMO的預編碼這里以MSINR準則為例對特征值波束成形進行分析。設用戶接收端噪聲功率為

，EBF權(quán)值矩陣為

，則用戶

的接收端信干噪比(SINR)為其中表示矩陣的第

列。

大規(guī)模MIMO技術大規(guī)模MIMO的預編碼EBF權(quán)值矩陣

應使得

最大，對

求導并使其導數(shù)為0，可知最優(yōu)的

對應于

的最大特征值

，進一步地可得最優(yōu)特征值波束成形權(quán)值矩陣

。若

，則此時用戶的接收端SINR為

大規(guī)模MIMO技術大規(guī)模MIMO的預編碼(2)匹配濾波

基站對

個用戶的匹配濾波(MF)多用戶預編碼矩陣為

若基站發(fā)射信號向量為

，

個用戶的接收噪聲向量為

，s、n各元素獨立同分布且服從均值為0方差分別為1和

的復高斯分布。

時，

個用戶的接收信號向量為用戶

的接收端SINR與特征值波束成形算法相同。

大規(guī)模MIMO技術大規(guī)模MIMO的預編碼(3)正則化迫零

正則化迫零(RZF)多用戶預編碼在萊斯信道下具有良好的性能，其預編碼矩陣為

其中，

是正規(guī)化系數(shù)。當

趨近于0時就是ZF預編碼；當

趨近于無窮大時就是MF預編碼。

時，

個用戶的接收信號向量為

同樣，利用正則化迫零預編碼時，用戶的接收端SINR與前相同。

大規(guī)模MIMO技術大規(guī)模MIMO的預編碼在基站天線數(shù)趨于無窮大且發(fā)端天線相關矩陣為單位陣時，EBF、MF與RZF性能相近且接近最優(yōu)。當基站天線相關矩陣為單位陣但天線數(shù)目有限時，可以利用大規(guī)模隨機矩陣理論(RMT)推導得到幾種線性多用戶預編碼算法下的近似系統(tǒng)容量。通過理論分析和仿真表明，在基站天線數(shù)有限的情況下，與MF和EBF算法相比，RZF算法可以利用更少的天線獲得更大的系統(tǒng)容量。

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本章小結(jié)第11章第五代移動通信新技術毫米波無線通信技術

與6GHz以下頻段相比，毫米波(mmW)具有豐富的空閑頻譜資源，能夠滿足熱點高容量場景的極高傳輸速率要求。

但是，毫米波在實際應用中還有很多極具挑戰(zhàn)力的問題：毫米波傳播中的路徑損耗大，因此覆蓋范圍要比6GHz以下頻段小。此外，在毫米波通信中可能出現(xiàn)長達幾秒的深衰落，嚴重影響著毫米波通信的性能。毫米波無線通信技術

毫米波通信系統(tǒng)的應用場景可以分為兩大類基于毫米波的小基站基于毫米波的無線回程(Backhaul)鏈路

毫米波小基站：為微小區(qū)提供Gbps的數(shù)據(jù)速率，采用基于毫米波的無線回程的目的是提高網(wǎng)絡部署的靈活性。

無線回程：在5G網(wǎng)絡中，微/小基站的數(shù)目非常龐大，部署有線方式的回程鏈路會非常復雜，因此可以通過使用毫米波無線回程隨時隨地根據(jù)數(shù)據(jù)流量增長需求部署新的小基站，并可以在空閑時段或輕流量時段靈活、實時關閉某些小基站，從而可以收到節(jié)能降耗之效。毫米波無線通信技術

這些雙模連接需要支持高速切換，提高毫米波鏈路的可靠性。微基站和宏基站間的回程鏈路可以采用光纖、微波或毫米波鏈路。

工作在6GHz以下的宏基站提供廣域覆蓋，并提供毫米波頻段Gbps傳輸?shù)奈⑿^(qū)間的無縫移動。用戶設備采用雙模連接，能夠與毫米波小基站和宏基站建立連接，與毫米波小基站間建立高速數(shù)據(jù)鏈路，同時還通過傳統(tǒng)的無線接入技術與宏基站保持連接，提供控制面信息毫米波組網(wǎng)示意圖毫米波無線通信技術通過高方向性模擬波束成形技術，補償高路損的影響利用空間復用支持更多用戶，并開發(fā)多用戶波束搜索算法，增加系統(tǒng)容量；幀結(jié)構(gòu)：與LTE相比，子載波間隔可增大10倍以上，幀長也將大幅縮短。波形：上下行可采用相同的波形設計，OFDM，單載波是候選波形；雙工：TDD可更好地支持高頻段通信和大規(guī)模天線的應用；編碼技術：選擇支持快速譯碼、對存儲需求量小的信道編碼，以適應高速數(shù)據(jù)通信的需求。毫米波無線通信技術單用戶混合波束成形

混合波束成形(HBF)結(jié)合數(shù)字域、模擬域波束成形，有效減少了射頻鏈路數(shù)量，降低了系統(tǒng)實現(xiàn)復雜度，因此非常適合用于毫米波通信系統(tǒng)中。此外，射頻模擬波束成形可以避免數(shù)字波束成形中每個天線都使用大功耗寬帶數(shù)模轉(zhuǎn)換器。毫米波無線通信技術單用戶混合波束成形

假設發(fā)射機使用

個射頻(RF)鏈路、Nt根天線來發(fā)送Ns數(shù)據(jù)流()，其基帶預編碼器為

矩陣

，RF預編碼器為

矩陣

。

假設接收機具有Nr根天線，信道為

窄帶塊衰落，信道矩陣表示為

，滿足

。基站端發(fā)送的數(shù)據(jù)流通過基帶預編碼器和RF預編碼器，經(jīng)信道傳輸后，在用戶端的接收信號為

毫米波無線通信技術單用戶混合波束成形RF預編碼器使用模擬移相器來實現(xiàn)，每個元素只有相位是不同的，模值相等；基帶預編碼器

每個元素的幅度和相位均可不同，但總的功率受

限制。

接收端使用RF鏈路來接收發(fā)射端發(fā)送來的數(shù)據(jù)流，其中是RF合并矩陣，其元素具有單位范數(shù)；

是基帶合并矩陣。則可獲得的數(shù)據(jù)速率為

毫米波無線通信技術多用戶混合波束成形

多用戶混合波束成形與單用戶混合波束成形的區(qū)別在于系統(tǒng)中有

個用戶，設計預編碼器要考慮如何消除用戶間干擾，以最大化系統(tǒng)容量。

毫米波無線通信技術多用戶混合波束成形

為了簡化，我們假定所有

個用戶具有相同的數(shù)據(jù)流數(shù)

。這里僅考慮水平維的波束成形(該方法也可以拓展到垂直維波束成形)，則基站的RF預編碼器可以表示為：

其中

是方位角為

的相位控制矢量。用

表示

數(shù)字預編碼器，其中每一列與每個用戶和數(shù)據(jù)流的數(shù)字控制矢量相對應。

毫米波無線通信技術多用戶混合波束成形

最終在

個基站天線上來自

個流上的總的發(fā)送信號

可以表示為

s是包含不同用戶數(shù)據(jù)流的

矢量。在用戶端，使用相同的混合波束成形結(jié)構(gòu)。接收天線數(shù)是

，每一個陣列具有

個天線陣元，每一個天線陣元有對應的移相器。采用與基站相同的方式，用戶的第k個RF陣列的控制矢量可以寫成

矢量

，其中是方位角

控制方向。

毫米波無線通信技術多用戶混合波束成形用戶第i個基帶接收信號矢量為

用戶的所有RF預編碼器可以表示為

是用戶數(shù)字合并器，

是用戶i的

信道矩陣，n是附加復高斯白噪聲矢量。定義總的

個用戶的信道矩陣為

毫米波無線通信技術多用戶混合波束成形

對于數(shù)字MU-MIMO預編碼，各用戶的基帶等效信道(在RF波束成形后)由下式給出

當基站端已知基帶等效信道后，則可通過不同的方法計算MU-MIMO數(shù)字預編碼器P。毫米波無線通信技術多用戶混合波束成形

當忽略多用戶干擾，基站到第i個用戶鏈路的容量等式可以寫成

其中

，

是噪聲協(xié)方差矩陣，

是用戶端的RF預編碼，

是數(shù)字合并器，

是系統(tǒng)的MIMO等效信道，表示為

毫米波無線通信技術多用戶混合波束成形為了考慮其他用戶對用戶i的干擾，用戶i的容量等式重寫為其中

定義為毫米波無線通信技術多用戶混合波束成形

于是，

個無干擾用戶和有干擾用戶的總?cè)萘糠謩e為

我們以上式為依據(jù)，給出不同RF波束分配策略下的MU-MIMO混合波束成形算法。毫米波無線通信技術多用戶混合波束成形

多用戶混合波束成形設計：首先得到基站端和相關的用戶最佳RF波束成形矩陣；然后再從得到的RF波束成形矩陣獲得的，計算MU-MIMO數(shù)字預編碼器P。(1)最佳RF波束選擇

從RF碼本集中選擇用于基站端和用戶端每條RF鏈路的控制矢量。對于基站和用戶，RF碼本集的控制矢量的數(shù)目設為每條鏈路移相器數(shù)，根據(jù)RF選擇方案從中分別選出用于基站RF鏈路的

個波束和用戶端RF鏈路的

個波束。

毫米波無線通信技術多用戶混合波束成形

控制矢量

通過假定上行(用戶端到基站)和下行鏈路(基站到用戶端)信道是互易的，對每一個用戶，用于每一個發(fā)送機和接收機波束合并的信道響應都在上行信道探測時測量，并在接收端進行校準，基站利用信道信息選擇出最優(yōu)波束用于后續(xù)下行鏈路數(shù)據(jù)傳輸。毫米波無線通信技術多用戶混合波束成形

采用不同的策略為同時調(diào)度的用戶選擇最佳RF波束毫米波無線通信技術多用戶混合波束成形

(2)計算數(shù)字預編碼器

在RF波束選擇之后，根據(jù)等效信道矩陣，可以通過MMSE和BD算法來得到數(shù)字預編碼矩陣。MMSE算法：

毫米波無線通信技術多用戶混合波束成形

當數(shù)據(jù)流數(shù)低于用戶端的RF鏈路數(shù)()時，需要從

提取列矢量以得到最終預編碼矩陣P，此時可以采用MMSE(SVD)算法。

MMSE(SVD)預編碼矩陣為毫米波無線通信技術多用戶混合波束成形

BD算法首先是形成除用戶i以外所有用戶的等效信道矩陣對該等效信道矩陣進行SVD分解

毫米波無線通信技術多用戶混合波束成形

BD算法其中和是左和右奇異矢量的正交矩陣，是以降序排列的奇異值為對角元素的對角矩陣，表示從提取的

列，形成的零空間。假定，SVD實現(xiàn)了用戶i有效信道在該零空間矢量的投影最后用戶i的數(shù)字預編碼矩陣可以用如下的方式計算

第五代移動通信概述網(wǎng)絡體系架構(gòu)空中接口技術大規(guī)模MIMO技術毫米波無線通信技術同時同頻全雙工技術

本章小結(jié)第11章第五代移動通信新技術同時同頻全雙工技術

靈活雙工可以通過時域和頻域方案實現(xiàn)。在FDD時域方案中，每個小區(qū)可根據(jù)業(yè)務量需求將上下頻帶配置成不同的上下行時隙配比。FDD時域方案同時同頻全雙工技術

在FDD頻域方案中，可以將上行頻帶配置為靈活頻帶以適應上下行非對稱的業(yè)務需求。FDD頻域方案

同樣，在TDD系統(tǒng)中，每個小區(qū)可以根據(jù)上下行業(yè)務量需求來決定用于上下行傳輸?shù)臅r隙數(shù)目，實現(xiàn)方式與FDD中上行頻段采用的時域方案類似。同時同頻全雙工技術全雙工

在第一個時隙上，基站發(fā)射給用戶1信號，接收用戶2的信號；在第二個時隙上，基站發(fā)射給用戶2信號，接收用戶1信號，總共用2個時隙完成了用戶1和用戶2各一次雙工通信。而傳統(tǒng)TDD系統(tǒng)則需要至少4個時隙完成，因此其頻譜利用率提高一倍。同時同頻全雙工技術全雙工系統(tǒng)干擾分析

(1)全雙工系統(tǒng)單小區(qū)干擾分析全雙工基站與半雙工終端混合組網(wǎng)的的全雙工系統(tǒng)同時同頻全雙工技術全雙工系統(tǒng)干擾分析

(1)全雙工系統(tǒng)單小區(qū)干擾分析

基站端配置一根發(fā)射天線和一根接收天線，兩者同時同頻工作?？紤]手機只配備一根天線并以半雙工的方式工作，即每一時刻只能進行接收或者發(fā)射操作。由于基站工作在全雙工方式，因此能夠同時同頻地服務一個上行用戶和一個下行用戶。除了基站全雙工引起的自干擾外，由于上行用戶和下行用戶同時同頻工作，也會造成用戶間干擾。用戶間干擾可以采用信號處理方法進行抑制，如干擾抑制合并技術，或者通過資源調(diào)度，選擇距離較遠的上行和下行用戶減少同時同頻傳輸帶來的用戶間干擾。同時同頻全雙工技術全雙工系統(tǒng)干擾分析

(2)全雙工系統(tǒng)多小區(qū)干擾分析同時同頻全雙工技術全雙工系統(tǒng)干擾分析

(2)全雙工系統(tǒng)多小區(qū)干擾分析

在多小區(qū)組網(wǎng)的環(huán)境下，全雙工蜂窩系統(tǒng)中同樣存在傳統(tǒng)半雙工蜂窩系統(tǒng)內(nèi)的小區(qū)間干擾，包括基站對相鄰小區(qū)下行用戶的干擾，以及上行用戶對相鄰小區(qū)基站的干擾。此外，由于全雙工蜂窩系統(tǒng)每個基站都是同時同頻地進行收發(fā)操作，還面臨用戶間干擾，以及基站的收發(fā)天線之間的全雙工自干擾。同時