5G关键新技术浅析

陈圳



5G关键新技术浅析

陈圳

中南大学 信息科学与工程学院，湖南 长沙 410000

随着技术发展；新的需求不断被创造；人们对通信网络的需求与日俱增。第五代移动通信（5G）的需求也逐渐明确，因此基于现有技术的潜在5G可运用的新技术也成为研究发展的核心。其中包括费政教多址接入、D2D通信、大规模MIMO、超密集组网等。

5G；新技术；非正交多址接入

1 非正交多址接入技术

非正交多址技术（Non-Orthogonal Multiple Access，NOMA）的原理是在发送端采用非正交发送，人为引入干扰，在接收端通过串行干扰删除（SIC）接收机来正确解调。

NOMA的子信道传输采用正交频分复用（OFDM）技术，这是一个4G的基础技术，子信道之间是正交的，因此就互不干扰，但是一个子信道上不再只分配给一个用户，而是分给了多个用户共享。而同一子信道上不同用户之间是非正交传输，这样会造成用户间的干扰，也就因此，在接收端要采用SIC技术进行多用户检测。由于子信道分配了多个用户，因此这一技术可扩大容量，此外还有干扰低、适合高速移动的优点。

2 D2D通信

D2D（Device to Device）主要用于拓展网络连接、接入方式，无需借助基站，实现通信终端之间直接通信。由于直接通信，距离更短，信道质量就更高，能实现较高的数据速率、较低时延、较低功耗。通过分布各处的终端，能改善覆盖。对于频谱稀缺的移动通信，频谱资源可以高效利用。更灵活的网络架构和连接方法，提升了链路灵活性和网络可靠性。就目前来说，D2D采用广播、组播和单播技术，以后发展包括中继技术、多天线技术、联合编码等扩展技术。

3 大规模MIMO

MIMO[1]是多输入输出。4G-LTE系统中一般是4、8根，而大规模MIMO可以达到上百根。这些天线以大规模阵列的方式集中放置，这样一来，基站覆盖范围内，多用户可在同一时频资源上与基站同时通信，提升频谱效率。其次，大规模天线带来分集增益、阵列增益，可提升用户与基站通信功率效率。当天线规模大时，一些随机性会变得稳定，这就使得大规模MIMO和普通MIMO有区别，可以成为5G技术中一个实用的技术。

当然，大规模MIMO技术也存在一些技术上的挑战。一是大规模MIMO信道模型问题，目前大部分研究都做了大规模MIMO信道是独立同分布信道的假设，但这和实际情况并不完全相同，实际中信道能量往往集中在有限的方向上。二是导频污染，在TDD大规模MIMO传输方案中，用户向基站发送正交的导频，基站估计上行信道，然后利用信道互易性来获得下行信道参数。然而随着用户数目的增加，导频开销就增加。相互正交的导频就变得不那么够用，这就是所谓的“导频污染”。此外还有，在多用户传输技术方面，在有限的信道信息条件下实施下行预编码和上行多用户联合接收等问题，都是现在大规模MIMO研究待解决等一些问题。

4 超密集组网

据估计，未来无线网络将有现在10倍多的无线节点分布，因此5G中超密集组网会有很大发展前景，但其中还有不少亟需解决的问题。节点距离减少，网络更加密集，拓扑就更复杂，干扰是必须面对的问题，主要会有同频干扰、不同覆盖层次间的干扰。现在的算法还难以应对。

可靠有效地感知临近节点是实现大规模节点协作的前提。在超密集网中，密集的部署让小区边界数量剧增，同时形状不规则导致频繁复杂的切换。为满足移动性需求，就需要更好的切换算法。此外，网络动态部署的相关技术也是研究的重点。由于用户部署的大量节点的开启和关闭是有突发性和随机性的，网络拓扑和干扰会在大范围动态变。；各小站中较少的服务用户数就容易造成业务的空间和时间分布出现一些剧烈的变化。

5 软件定义网络

目前，无线网络面临异构问题的挑战。商用的网络里存在大量的异构网络，如：LTE、WIMAX、UMTS、WLAN等等。这些异构无线网络共存将持续相当长的一段时间。在制定标准时尽量统一，但仍然会存在新旧标准的兼容问题。这些问题困扰着运营商，增加着运营商乃至终端的成本。现在来说，异构无线网络面临的问题集中在互通，资源优化无线资源利用率不高。这些主要是因为现有移动网络用的垂直架构设计，此外，网络中的一对多模型无法针对不同服务特点提供专用定制的网络保障，从而降低了网络服务质量和用户体验。所以，在无线网络中引入软件定义网络思想将有利于运营商升级网络、用户体验的提升等。

6 毫米波通信

也可以称为高频段通信。现在所用的频段资源是非常稀缺的，随着移动通信的技术演进，载波频率不断升高。现有频段已经十分吃紧。而毫米波频段（3—60GHz）资源却非常丰富，其带宽高达273.5GHz。超过从直流到微波全部带宽的10倍，尚未被充分开发利用。并且随着基站天线规模增加，为了能够在有限的空间内部署更多天线也要求通信的波长不能太长，毫米波的元件尺寸小。从而毫米波也是备选技术之一。毫米波具有波束窄、探测能力强、传输质量高、安全保密好等优点。此外，毫米波通信已经被写进标准用于室内的多媒体高速通信。

7 结语

5G将拥有许多实用的新技术，是移动通信的又一里程碑。其容量、速度、抗扰必将更加优异，但目前也尚存需要继续研究、解决的问题。在其正式商用前，通信业界还将继续改善。

[1]焦慧颖.LTE-Advanced中的多用户MIMO的标准化进展[J].现代电信科技，2010（3）：95-99.

陈圳（1996—），男，福建省，中南大学通信工程2013级本科生。

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1009-6434(2016)04-0043-01