淺析5G網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)

摘 要：首先對(duì)5G定義進(jìn)行概述，然后通過(guò)5G關(guān)鍵能力的介紹，最終詳細(xì)介紹5G關(guān)鍵技術(shù)中的4項(xiàng)重要技術(shù)：非正交多址接入、大規(guī)模MIMO技術(shù)、超密度異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)、多技術(shù)載波聚合。

關(guān)鍵詞：5G;關(guān)健技術(shù)

15G概述

5G不僅僅具有更高的速率更大的帶寬、更強(qiáng)能力的空中接口技術(shù)，而是面向業(yè)務(wù)應(yīng)用和用戶(hù)體驗(yàn)的智能網(wǎng)絡(luò)。5G移動(dòng)寬帶系統(tǒng)將成為面向2020年以后人類(lèi)信息社會(huì)需求的無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信系統(tǒng)，它是一個(gè)多業(yè)務(wù)多技術(shù)融合的網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)技術(shù)的演進(jìn)和創(chuàng)新，滿(mǎn)足未來(lái)包含廣泛數(shù)據(jù)和連接的各種業(yè)務(wù)的快速發(fā)展需要，提升用戶(hù)體驗(yàn)。

2 5G的關(guān)鍵能力

IMT-2020（56）推進(jìn)組《5G愿景與需求白皮書(shū)》中提出5G需要具備比4G更高的性能，支持0.1～1Gbps的用戶(hù)體驗(yàn)速率，每平方公里一百萬(wàn)的連接數(shù)密度，毫秒級(jí)的端到端時(shí)延，，每小時(shí)500Km以上的移動(dòng)性和數(shù)10Gbps的峰值速率。其中，用戶(hù)體驗(yàn)速率、連接數(shù)密度和時(shí)延為5G最基本的三個(gè)性能指標(biāo)。同時(shí)，5G還需要大幅提高網(wǎng)絡(luò)部署和運(yùn)營(yíng)的效率，相比4G，頻譜效率提升5～15倍，能效和成本效率提升百倍以上。

3 5G關(guān)鍵技術(shù)

為了能夠提升5G的業(yè)務(wù)支撐能力，5G在無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)采用了很多先進(jìn)的技術(shù)。

（一）非正交多址接入（NOMA）

我們知道3G采用直接序列碼分多址（Direct Sequence CDMA，DS-CDMA）技術(shù)，手機(jī)接收端使用Rake接收器，由于其非正交特性，就得使用快速功率控制（Fast transmission power control，TPC）來(lái)解決手機(jī)和小區(qū)之間的遠(yuǎn)一近問(wèn)題。而4G網(wǎng)絡(luò)則采用正交頻分多址（OFDM）技術(shù)，OFDM不但可以克服多徑干擾問(wèn)題，而且和MIMO技術(shù)配合，極大的提高了數(shù)據(jù)速率。由于多用戶(hù)正交，手機(jī)和小區(qū)之間就不存在遠(yuǎn)一近問(wèn)題，快速功率控制就戲舍棄，而采用AMC（自適應(yīng)編碼）的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)鏈路自適應(yīng)。

NOMA希望實(shí)現(xiàn)的是，重拾3G時(shí)代的非正交多用戶(hù)復(fù)用原理，并將之融合于現(xiàn)在的4GOFDM技術(shù)之中。從2G，3G到4G，多用戶(hù)復(fù)用技術(shù)無(wú)非就是在時(shí)域、頻域、碼域上做文章，而NOMA在OFDM的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)維度——功率域。新增這個(gè)功率域的目的是，利用每個(gè)用戶(hù)不同的路徑損耗來(lái)實(shí)現(xiàn)多用戶(hù)復(fù)用。NOMA的基本思想是在發(fā)送端采用非正交傳輸，主動(dòng)引入干擾信息，在接收端通過(guò)串行干擾刪除（SIC）實(shí)現(xiàn)正確解調(diào)。雖然采用SIC接收機(jī)會(huì)提高設(shè)計(jì)接收機(jī)的復(fù)雜庭，但是可以很好地提高頻語(yǔ)效率，NOMA的本質(zhì)即為通過(guò)提高接收機(jī)的復(fù)雜度來(lái)婁取良好的頻謂效率。

（二）大規(guī)模MIMO技術(shù)

在無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中，在發(fā)射機(jī)和/或接收機(jī)上使用多個(gè)天線(xiàn)開(kāi)辟了一個(gè)新的維度空間。如果能夠正確利用這一技術(shù)，可以極大地提高性能，它現(xiàn)在被廣泛地稱(chēng)為MIMO。MIMO技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于WIFI、LTE等。理論上，天線(xiàn)越多，頻譜效率和傳輸可靠性就越高。它可以成倍提升無(wú)線(xiàn)頻譜效率，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋和系統(tǒng)容量，幫助運(yùn)營(yíng)商最大限度利用已有站址和頻譜資源。但目前由于多天線(xiàn)所占空間、實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度等技術(shù)條件的限制，目前的無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中，收發(fā)端的天線(xiàn)數(shù)量都不多。不過(guò)大規(guī)模MIMO在容量上的巨大潛力，吸引著越來(lái)越多的研究者的關(guān)注。相信不久的將來(lái)，大規(guī)模MIMO技術(shù)定會(huì)為第5代移動(dòng)通信系統(tǒng)的大容量做出巨大貢獻(xiàn)。

（三）超密度異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)

超玄度異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)是指在宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)層中布放大量微蜂窩微微終院、毫微微蜂窩領(lǐng)接入點(diǎn)，來(lái)滿(mǎn)足數(shù)據(jù)容量增長(zhǎng)要求。超密度開(kāi)碼廣終的思想是在去站的覆蓋區(qū)域內(nèi)，部署各類(lèi)低功率的節(jié)點(diǎn)，由于小區(qū)半徑的縮小從而頻譜資源的空間復(fù)用帶來(lái)頻譜效率的提升。在超密皮異構(gòu)網(wǎng)終中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與終端的距離更近，從而帶來(lái)功率效率和頻語(yǔ)語(yǔ)效率的雙重提升，以及業(yè)務(wù)在各種不同接入方式和覆蓋層次的靈潔轉(zhuǎn)換。

（四）多技術(shù)載波聚合

載波聚合技術(shù)簡(jiǎn)單地說(shuō)，它可以將多個(gè)載波聚合成一個(gè)更寬的頻諾，同時(shí)也可以把一些不連續(xù)的頻譜碎片聚合到一起，能很好地滿(mǎn)足頻譜兼容性的要求。載波聚合后最直觀(guān)的好處就是傳輸速度的大幅度提升，以及延遲的降低，這些都得益于更寬的頻譜，打個(gè)比方，載波聚合就好比“黏合劑”，將零散的頻謝粘在一起，提供更快速率。同時(shí)，載波聚合還能有效改善網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，提升吞吐量，使網(wǎng)絡(luò)負(fù)載更加均衡，尤其是在負(fù)載較重的時(shí)候效果會(huì)更明顯，未來(lái)5G必然需要包容多種無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)，如4G、3G、Wifi等，他們所使用的頻譜各有不同，那么如何能夠使各種頻譜融合到5G網(wǎng)絡(luò)，多技術(shù)載波聚合提供了解決方法。最終多技術(shù)載波聚合技術(shù)與超密度異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)一起，終將實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物之間的無(wú)縫連接。

4總結(jié)

雖然關(guān)于5G的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)還沒(méi)有制定，最終哪些將成為5G中的關(guān)鍵技術(shù)還是未知數(shù)，但是本文所列舉出來(lái)的幾種關(guān)鍵技術(shù)所展現(xiàn)的巨大潛力，終將在未來(lái)有用武之地。

參考文獻(xiàn)：

[1]尤肖虎、潘志文.5G移動(dòng)通信發(fā)展趨勢(shì)與若干關(guān)鍵技術(shù)，中國(guó)科學(xué)：信息科學(xué)2014年5期.

[2]夏成、劉冰華，5G瓶述及關(guān)健技術(shù)簡(jiǎn)介.電腦與電信.2014年第8期。

作者簡(jiǎn)介：

鄒潔（1983-），男，漢，廣西北流市，學(xué)士，中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司玉林市分公司，通信中級(jí)工程師，副經(jīng)理，主要研究無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。