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1、接入网技术汇报5G来临接入网技术课程课题任务书及评分原则信息工程学院2023级通信工程（卓越）班重要内容和评分原则（一）：课题的意义、背景（占总分的10%）评分：100-90()、89-80()、7970()、69-60()、59-0()（二）：重要内容和方案设计（占总分的70%）评分：100-90()、89-80()、79-70()、69-60()、59-0()（三）：方案B优缺陷和对比分析，以及应用推广市场（占总分的20%）评分:100-90()、89-80()、79-70()、69-60()、59-0()学生：至名指导老师：送名完毕时间：目录接入网技术汇报1目录4第一章5G概述51、发展
2、背景52、5G的演进路线73、5G网络的优势8第二章5G的七大关键技术71、非正交多址接入技术(Non-OrthogonalMultipleAccess,NOMA)101.1 串行干扰删除(SIC)111.2 功率复用122、滤波组多载波技术(FBMC)133、毫米波(MillimeterWaves,mmWaves)143.1 毫米波小基站：增强高速环境下移动通信的使用体验153.2 基于毫米波的移动通信回程164、大规模MlMO技术(3DMassiveMIMO)175、认矢口无线电技术(Cognitiveradiospectrumsensingtechniques)206、超密度异构网络(U
3、ltra-denseHetnets)217、多技术载波聚合(multi-technologycarrieraggregation)23第三章5G未来前景241、超宽带，零等待242、革命性技术和变化253、智能化都市的领跑者26第一章5G概述1、发展背景自2023年5月27日瑞典电信运行商Telia宣布启用世界上第一种4G(LTE：1.ongTermEvolution)试商用网络以来，4G网络R布署已在全球全面开花。根据GSA的最新汇报，截至2023年第2季度，全球Ill个国家已经布署了300多张LTE网络(其中41张为TD-LTE网络)，顾客总数到达2.45亿，市面上0LTE终端达1900款
4、。2023年12月4日，工信部正式向三大电信运行商发放4G牌照，中国移动、中国联通、中国电信均获得TD-LTE牌照。此举标志着中国这一世界上最大的移动通信市场正式进入4G时代。在短短一年间，中国移动的4G基站数到达了70万个，4G顾客即将到达7000万。从记录数据来看，4G网络的发展速度远超当年的3G网络，是移动通信史上发展速度最快的技术体制，中国的加入将深入刷新这一发展速度。有两个重要原因决定着面向下一代移动通信系统的技术研发工作需要提上日程。首先是通信技术自身持续发展的需要：伴随4G原则的全面商用，标志着以4G原则为目的的技术研发告一段落，而技术的发展是不会止步的，持续不停的创新技术需要在
5、下一代移动通信系统中体现它的价值。另首先是由持续增长的顾客需求决定的：智能的高速发展引起了互联网从固定桌面迅速向移动终端转移的革命，并带来了无线数据流量的指数级增长。过去5年中，中国移动的数据流量增长了80多倍。同步物联网B引入及迅速发展，不仅对无线通信网络的容量提出了规定，更对无线通信网络可以提供的连接数有数量级的提高规定。业界普遍预测，到2023年，移动通信网络的容量需求是目前网络的IooO倍，连接数将是10700倍。2023年年初，ITU启动了名为“IMTfor2023andbeyond”的项目，目的瞄准下一代移动通信原则，并初步给出了时间规划。第一步会在两到三年的时间内完毕两份面向未来
6、通信系统的提议稿，分别是ITU-RM.IMT.VISION及ITU-RM.IMTFutureTechnologyTrend0基于此，目前业界对下一代移动通信系统统一称为IMT-2023o世界各个国家和地区积极响应ITU的规划，制定了对应的科研规划及经费资助计划，组织企业、科研院校等进行科研攻关。部分初期的研究成果通过5G白皮书的形式刊登，包括需求分析、应用场景研究及技术发展趋势判断等。2、5G的演进路线目前，4G已经进入规模商用阶段，5G是继4G后新一代的移动通信技术，从移动通信发展现实状况以及技术、原则与产业的演进趋势来看，未来5G移动通信技术的演进存在三条重要的演进路线，分别为以LTEZL
7、TE-Advanced为代表的蜂窝演进路线；WLAN演进路线和革命性演进路线。首先，LTE/LTE-Advanced已经是实际上的全球统一的4G原则，并将会在5G阶段继续演进。在产业化方面，LTE在全球范围内的商用化进程不停加紧。原则化方面，3GPPR12版本的原则化工作正在对小小区增强技术、新型多天线技术、终端直通技术、机器间通信等新技术开展研究和原则化工作。伴随更多的先进技术融入到LTEZLTE-Advanced技术原则中，给蜂窝移动通信带来了强大的生命力和发展潜力。另一方面，无线局域网（WLAN）是当今全球应用最为普及的宽带无线接入技术之一,拥有良好的产业和顾客基础，巨大的市场需求推进了
8、WLAN技术的发展，大量的非授权频段也给WLAN技术提供了巨大的发展空间。目前，IEEE已经启动了下一代WLAN原则“High-efficiencyWLAN”的研究，将深入提高运行商业务能力,推进WLAN技术与蜂窝网络的融合。此外，我们还应当尤其关注也许出现的革命性5G技术。从蜂窝移动通信的演进路线来看，每一代演进均有革命性技术出现，从2GRGSM到3GHCDMA,再到4G的OFDM,那么，5G与否会出现新一代的革命性技术，而这种革命性技术与否需要与LTE演进采用不一样的技术路线，进而产生新一代的空中接口技术，将成为我们重点关注的内容。3、5G网络的优势第一，全新应用。5G网络的普及将使得包括
9、虚拟现实和增强现实这些技术成为主流。其中，增强现实可以将包括出行方向、产品价格或者对方名字等信息投射在顾客视野中，例如可以投射在汽车的前挡风玻璃上。虚拟现实则可以在顾客视野内发明出一种完全虚拟B场景，而无论是虚拟现实还是增强现实，都对数据获取速度有着极高的规定。第二，即时满足。4G网络下的最快下载速度大概是每秒150MB,但5G网络时最快下载速度则到达了每秒IOGB0换句话说，我们仅需4秒钟就可如下载完银河护卫队，而4G网络下则需要6分钟。第三，瞬时响应。除了可以在单位时间内传播更多数据以外，5G还可以大幅缩短数据开始传播前的等待时间。我们在4G网络观看视频前等待数秒并不是什么太大的问题，但假
10、如在自动驾驶汽车行驶时碰到数据延迟就完全不能接受了。详细来说，就目前4G网络而言，该网络一般需要1525毫秒的时间将数据传播给也许发生碰撞的车辆，然后车辆才会开始紧急制动。但在未来的5G网络下，这一数据的传播时间将仅为1毫秒。第二章5G的七大关键技术在进入主题之前，笔者觉得首先应当弄清晰一种问题：为何需要5G?不是由于通信工程师们忽然想变化世界，而炮制了一种5G。是由于先有了需求，才有了5G。什么需求？未来的网络将会面对：100O倍的数据容量增长，10至UlOO倍的无线设备连接，10到100倍的顾客速率需求，10倍长的电池续航时间需求等等。坦白的讲，4G网络无法满足这些需求，因此5G就必须登场
11、。不过，5G不是一次革命。5G是4G的延续，我相信5G在关键网部分不会有太大欧I变动，5GR关键技术集中在无线部分。虽然5G最终将采用何种技术，目前还没有定论。不过，综合各大高端论坛讨论的焦点，笔者搜集了7大关键技术(当然,应当远不止这些)，分别对这些技术作简要简介。1、非正交多址接入技术(NOn-OrthogonalMultipleAccess,NOMA)NOMA不一样于老式的正交传播，在发送端采用非正交发送，积极引入干扰信息，在接受端通过串行干扰删除技术实现对的解调。与正交传播相比，接受机复杂度有所提高，但可以获得更高的频谱效率。非正交传播的基本思想是运用复杂的接受机设计来换取更高的频谱效
12、率，伴随芯片处理能力的增强，将使非正交传播技术在实际系统中的应用成为也许。NOMA的思想是，重拾3G时代的非正交多顾客复用原理，并将之融合于目前B4GOFDM技术之中。从2G,3G到4G,多顾客复用技术无非就是在时域、频域、码域上做文章，而NOMA在OFDM日勺基础上增长了一种维度一一功率域。新增这个功率域的目的是,运用每个顾客不一样的途径损耗来实现多顾客复用。如表I所示:3G3.94GFRAUsermultiplexingNon-OrthogonaI(CDMA)OrthogonalNon-orthogonawithSIC(NOMA)SignalwaveformSinglecarrierOFD
13、M(orDFT-s-OFDM)OFDM(orDFT-s-OFDM)LinkadaptationFastTPCAMCAMC+PowerallocationImageBNon-orthogonalassistedbypowercontrolFOrthogonalbetweenusersSuperposition&powerallocation表13G,3.9G/4G与FRA多址方式比较在NoMA中的关键技术：串行干扰删除、功率复用。1.1 串行干扰删除(SlC)在发送端，类似于CDMA系统，引入干扰信息可以获得更高的!频谱效率,不过同样也会碰到多址干扰(MAI)的问题。有关消除多址干扰的问题，在研
14、究第三代移动通信系统的过程中已经获得诸多成果，串行干扰删除(SlC)也是其中之一。NOMA在接受端采用SIC接受机来实现多顾客检测。串行干扰消除技术的基本思想是采用逐层消除干扰方略，在接受信号中对顾客逐一进行判决，进行幅度恢复后，将该顾客信号产生的多址干扰从接受信号中减去，并对剩余的顾客再次进行判决，如此循环操作，直至消除所有的多址干扰。如图1所示:ReceivedSINR图1下行链路中串行干扰删除接收机采用NOMA方案的示意图1.2 功率复用SIC在接受端消除多址干扰(MAI),需要在接受信号中对顾客进行判决来排出消除干扰的顾客的先后次序，而判决的根据就是顾客信号功率大小。基站在发送端会对不
15、一样的顾客分派不一样的信号功率，来获取系统最大的!性能增益，同步到达辨别顾客的目的，这就是功率复用技术。发送端采用功率复用技术。不一样于其他的多址方案，NOMA初次采用了功率域复用技术。功率复用技术在其他几种老式的多址方案没有被充足运用，其不一样于简朴的功率控制，而是由基站遵照有关的算法来进行功率分派。在发送端中，对不一样的顾客分派不一样的发射功率，从而提高系统的吞吐率。另首先，NOMA在功率域叠加多种顾客，在接受端，SIC接受机可以根据不一样的功率辨别不一样的顾客,也可以通过诸如TUrbO码和LDPC码的信道编码来进行辨别。这样，NOMA可以充足的运用功率域，而功率域是在4G系统中没有充足运
16、用的。与OFDM相比，NOMA具有更好的性能增益。NoMA可以运用不一样的途径损耗的差异来对多路发射信号进行叠加，从而提高信号增益。它可以让同一小区覆盖范围的所有移动设备都能获得最大的可接入带宽，可以处理由于大规模连接带来的网络挑战。NoMA的另一长处是，无需懂得每个信道RCSl（信道状态信息），从而有望在高速移动场景下获得更好的性能，并能组建更好的移动节点回程链路。2、滤波组多载波技术（FBMC）在OFDM系统中，各个子载波在时域互相正交，它们的频谱互相重叠，因而具有较高的频谱运用率。OFDM技术一般应用在无线系统的数据传播中，在OFDM系统中，由于无线信道的多径效应,从而使符号间产生干扰。
17、为了消除符号间干扰（ISl）,在符号间插入保护间隔。插入保护间隔的一般措施是符号间置零，即发送第一种符号后停留一段时间（不发送任何信息），接下来再发送第二个符号。在OFDM系统中，这样虽然减弱或消除了符号间干扰，由于破坏了子载波间的正交性，从而导致了子载波之间的干扰（ICI）。因此，这种措施在OFDM系统中不能采用。在OFDM系统中，为了既可以消除ISI,又可以消除ICI,一般保护间隔是由CP（CyclePrefix,循环前缀来）充当。CP是系统开销，不传播有效数据，从而减少了频谱效率。而FBMC运用一组不交叠的带限子载波实现多载波传播，FMC对于频偏引起的载波间干扰非常小，不需要CP（循环前
18、缀），较大的提高了频率效率。FBMU.没有图3OFDM和FBMCH勺波形对比3、毫米波(MillimeterWaves,mmWaves)什么叫毫米波？频率30GHZ至J300GHz,波长范围10到1毫米。由于足够量的可用带宽，较高的天线增益，毫米波技术可以支持超高速的传播率，且波束窄，灵活可控，可以连接大量设备。如下图为例：蓝色处在4G小区覆盖边缘，信号较差，且有建筑物（房子）阻挡，此时，就可以通过毫米波传播，绕过建筑物阻挡，实现高速传播。同样，粉色同样可以使用毫米波实现与4G小区的连接，且不会产生干扰。当然，由于绿色距离4G小区较近，可以直接和4G小区连接。T/1，I一等图4毫米波技术高频段
19、（毫米波）在5G时代的多种无线接入技术叠加型移动通信网络中可以有如下两种应用场景：3.1 毫米波小基站：增强高速环境下移动通信的使用体验如图5所示，在老式0多种无线接入技术叠加型网络中，宏基站与小基站均工作于低频段，这就带来了频繁切换H勺问题，顾客体验差。为处理这一关键问题，在未来的叠加型网络中，宏基站工作于低频段并作为移动通信的控制平面、毫米波小基站工作于高频段并作为移动通信的顾客数据平面。图5将毫米波应用于小基站3.2 基于毫米波的移动通信回程如图6所示，在采用毫米波信道作为移动通信的回程后，叠加型网络的组网就将具有很大的灵活性（笔者注：相对于有线方式的移动通信回程。由于在未来的5G时代，
20、小/微基站的数目将非常庞大，并且布署方式也将非常复杂），可以随时随地根据数据流量增长需求布署新的小基站，并可以在空闲时段或轻流量时段灵活、实时关闭某些小基站，从而可以收到节能降耗之效。图6将亳米波应用于移动通信回程4、大规模MIMO技术(3D/MassiveMIMO)MlMO技术已经广泛应用于WIFI、ErE等。理论上，天线越多，频谱效率和传播可靠性就越高。详细而言，目前LTE基站的多天线只在水平方向排列，只能形成水平方向日勺波束，并且当日线数目较多时，水平排列会使得天线总尺寸过大从而导致安装困难。而5G的天线设计参照了军用相控阵雷达的思绪，目的是更大地提高系统0空间自由度。基于这一思想的LS
21、AS技术，通过在水平和垂直方向同步放置天线，增长了垂直方向的波束维度，并提高了不一样顾客间的隔离(如图7所示)。同步，有源天线技术的引入还将更好地提高天线性能，减少天线耦合导致能耗损失，使LSAS技术0商用化成为也许。XXXX(a)传统MlMC天线阵列排布XX(b)5G中医于MaKLMIMO的天线阵列4布图75G天线与4G天线对比由于LSAS可以动态地调整水平和垂直方向H勺波束，因此可以形成针对顾客的特定波束，并运用不一样的波束方向辨别顾客（如图8所示）。基于LSASH3D波束成形可以提供更细的空域粒度，提高单顾客MlMO和多顾客MlMO的性能。图8基于3D波束成形技术的顾客辨别同步，LSAS
22、技术的使用为提高系统容量带来了新的思绪。例如，可以通过半静态地调整垂直方向波束，在垂直方向上通过垂直小辨别裂（CelIsplit）辨别不一样的小区，实现更大的资源复用（如图9所示）。图9基于LSASH勺小辨别裂技术大规模MlMo技术可以由某些并不昂贵的低功耗的天线组件来实现，为实目前高频段上进行移动通信提供了广阔的前景，它可以成倍提高无线频谱效率，增强网络覆盖和系统容量，协助运行商最大程度运用已经有站址和频谱资源。我们以一种20平方厘米的天线物理平面为例,假如这些天线以半波长时间距排列在一种个方格中，则：假如工作频段为3.5GHz,就可布署16副天线；如工作频段为IOGHz,就可布署169根天
23、线了。2OUrn*2OUm天线物理平面Antennaelementspacing(Co3.5GHz(A=8.6cm)10GHz(=3cm)20GHz(=1.5cm)0.5161696760.79a1361图1020*20cm天线物理平面布署3D-MIMO技术在原有H勺MIMO基础上增长了垂直维度，使得波束在空间上三维赋型，可防止了互相之间的干扰。配合大规模MlM0,可实现多方向波束赋型。5、认知无线电技术(Cognitiveradiospectrumsensingtechniques)认知无线电技术最大的特点就是可以动态的选择无线信道。在不产生干扰的前提下，通过不停感知频率，选择并使用可用的无
24、线频谱。Alternative available resources一 Old broken link图12认知无线电技术6、超密度异构网络（UItra-denseHetnets）立体分层网络（HetNet）是指，在宏蜂窝网络层中布放大量微蜂窝（MiCrOCe11）、微微蜂窝（PiCoCe11）、毫微微蜂窝（FemtoCeH）等接入点，来满足数据容量增长规定。为应对未来持续增长的数据业务需求，采用愈加密集的小区布署将成为5G提高网络总体性能的一种措施。通过在网络中引入更多的低功率节点可以实现热点增强、消除盲点、改善网络覆盖、提高系统容量的目的。不过，伴随小区密度的增长,整个网络的拓扑也会变得
25、更为复杂，会带来愈加严重0干扰问题。因此，密集网络技术的一种重要难点就是要进行有效的干扰管理，提高网络抗干扰性能，尤其是提高小区边缘顾客的性能。密集小区技术也增强了网络的灵活性，可以针对顾客的临时性需求和季节性需求迅速布署新的小区。在这一技术背景下，未来网络架构将形成“宏蜂窝+长期微蜂窝+临时微蜂窝”的网络架构（如图13所示）。这一构造将大大减少网络性能对于网络前期规划的依赖，为5G时代实现愈加灵活自适应的网络提供保障。图13超密集网络组网0网络架构到了5G时代，更多R物-物连接接入网络，HetNet的密度将会大大增长。与此同步,小区密度的增长也会带来网络容量和无线资源运用率的大幅度提高。仿真
26、表明，当宏小区顾客数为200时，仅仅将微蜂窝R渗透率提高到20%,就也许带来理论上1000倍的小区容量提高（如图14所示）。同步，这一性能的提高会伴随顾客数量的增长而愈加明显。考虑到5G重要的服务区域是都市中心等人员密度较大的区域，因此，这一技术将会给5G的发展带来巨大潜力。当然，密集小区所带来的小区间干扰也将成为5G面临的重要技术难题。目前，在这一领域的研究中，除了老式的基于时域、频域、功率域的干扰协调机制外，3GPPRel-Il提出了深入增强的小区干扰协调技术（eICIC）,包括通用参照信号（CRS）抵消技术、网络侧的小区检测和干扰消除技术等。这些eICIC技术均在不一样的自由度上，通过调
27、度使得互相干扰的信号互相正交，从而消除干扰。除此之外，尚有某些新技术的引入也为干扰管理提供了新的手段，如认知技术、干扰消除和干扰对齐技术等。伴随有关技术难题的陆续处理，在5G中，密集网络技术将得到愈加广泛的应用。18()()x1600x1400x1200xIOOOx8()0K60()x400x25用户/小区 2()0用20%的微小区渗透率，就L 可以提升100()倍系统能两30%50%0%图14超密集组网技术带来的系统容量提高7、多技术载波聚合(multitechnologycarrieraggregation)我们懂得，3GPPR12已经提到这一技术原则。未来的网络是一种融合0网络,载波聚合
28、技术不仅要实现LTE内载波间的聚合，还要扩展到与3G、WIFl等网络的融合。多技术载波聚合技术与HetNet一起，终将实现万物之间的无缝连接。图15多技术载波聚合第三章5G未来前景1、超宽带，零等待5G时代的技术特性重要有三点：一是大容量，不仅是大家常说的IooO倍容量增长，还包括顾客接入速率最高可达IOGbps,实现光纤般的接入体验，使得顾客感受不届时延，与网络“零距离”；二是大规模接入数量，5G不仅提供H2H的服务，还包括M2M、H2M,而未来R增长很大程度上来自于IntCrnetofThings,这不仅带来技术上的变化，还会给商业模式也带来巨大的变革;三是5G将是全频谱接入，到5G,技术
29、和频谱将与频段解耦，将有一种统一的空口技术，统一的无线网络，低频的宏蜂窝，中高频的微蜂窝，高频的当地接入，对于最终顾客来说，感受不到是采用什么接入技术，也感受不到是许可频段还是免许可频段。为了支撑无线.业务持续增长，以及支撑IeT产业迎接大数据的挑战，5G无线网络将会在2023-2030年间投入运行。其中最关键的驱动原因是未来十年内1000倍的无线数据流量增长、IoOo亿链接B物链网无线联网的新商机、以及全频谱无线接入所带来的超高速无线链接。这样的高速无线链接能给顾客带来光纤般的体验一一10Gbit每秒一一比当今市面上最快的移动终端还要快100倍！以此实现信息管道的极致境界：超宽带，零等待，全
30、智能，终端客户与网络的距离将完全消失。2、革命性技术和变化5G规定的大容量和大连接，给未来网络技术提出了巨大的挑战，对于一种运行商来说，未来23年，每秒均有Ithing物”需要无线接入网络，每分钟都需要完毕1个5G站点的建设，这种巨大的挑战迫使我们从主线上重新考虑、重新架构、重新设计5G无线设施和网络。对于5G设计，重要挑战有单个业务需要IG比特秒的保证速率，需要给单个顾客IOG比特秒的接入速率以实现光纤般的体验速率，顾客面时延可低至1毫秒，不一样制式网络切换时延到达10亳秒，支持1000亿things“物”接入网络。未来5G空口和网络都需要革命性技术和变化，软件定义(SOftWaredefi
31、ned).虚拟化、云计算会在5G中被广泛应用。未来网络各个层面都需要考虑引入新技术,因此在研究上投资，及早发现突破性技术对整个产业的持续发展是至关重要的。华为己宣布，将在未来45年内投资6亿美元在5G研究和创新上，目前已经在包括加拿大、欧洲各国为5G投入超过200多位高端研究人员。华为参与了5GPPP、METIS、863、NGMN等，和业界开展广泛的合作，共同推进5GH勺原则化之路。华为还提出了SCMAUItra-Nodc、HyPeLTranSCeiver等突破性技术和概念。在试验室中，获得115GbPS的高传播速率。3、智能化都市的领跑者对于未来5G时间表，华为认为3GPP将在R14开展5G研究，R15原则化5G,估计2023年5G将开始商用布署。5G无线移动通信时出现，将会加速信息与通讯行业的融合，打开顾客体验的崭新领域，视觉通信将会成为移动主流业务。人们使用无线设备来进行跨越远距离的即时互动，就像面对面同样。5G还将让海量的物体无线联网，云计算以及大数据技术结合一起，使得整个社会充足智能化。华为将继续推进5G的创新和研究，作5G智能化都市的领跑者。
