1、第第8 8章章 移动通信的未来移动通信的未来5G5G课程内容课程内容5G概述概述5G的关键技术的关键技术5G无线传输技术无线传输技术5G网络架构与组网技术网络架构与组网技术5G概述概述n5G全球研发概况全球研发概况5G概述概述n5G应用场景及指标应用场景及指标5G概述概述n5G应用场景及指标应用场景及指标课程内容课程内容5G概述概述5G的关键技术的关键技术5G无线传输技术无线传输技术5G网络架构与组网技术网络架构与组网技术5G关键技术关键技术n5G的核心特征是超高速率、超高容量、超低时延、超节能和全覆的核心特征是超高速率、超高容量、超低时延、超节能和全覆盖。尽管各大设备商对盖。尽管各大设备商对
2、5G的核心技术还存在着一些争议，但大家的核心技术还存在着一些争议，但大家一致认为：为满足一致认为：为满足5G网络性能及效率指标，需要在网络性能及效率指标，需要在4G网络基础上网络基础上聚焦于无线接入和网络技术两个层面的增强或改革聚焦于无线接入和网络技术两个层面的增强或改革 课程内容课程内容5G概述概述5G的关键技术的关键技术5G无线传输技术无线传输技术5G网络架构与组网技术网络架构与组网技术5G无线传输技术无线传输技术n新型多址接入技术新型多址接入技术无线资源包括频域、时域、空域、码域和功率域，前三无线资源包括频域、时域、空域、码域和功率域，前三种有子载波正交、插入循环前缀和适当空间距离等成熟
3、种有子载波正交、插入循环前缀和适当空间距离等成熟的技术保证多用户多址接入的独立性，而后两种在多用的技术保证多用户多址接入的独立性，而后两种在多用户区分时只能通过串行干扰消除户区分时只能通过串行干扰消除SIC技术保证。由于码域技术保证。由于码域和功率域无法保证叠加用户的正交，在移动通信系统中和功率域无法保证叠加用户的正交，在移动通信系统中用到后两种资源的都称为用到后两种资源的都称为非正交多址接入技术非正交多址接入技术。华为华为 稀疏码分多址接入稀疏码分多址接入SCMA中兴公司中兴公司 多用户共享接入多用户共享接入MUSA大唐大唐 图样分割多址接入图样分割多址接入PDMA日本日本 非正交多址接入非
4、正交多址接入NOMA5G无线传输技术无线传输技术n多天线技术多天线技术通过大规模天线通过大规模天线(Massive MIMO)，基站可以在三维空间形，基站可以在三维空间形成具有高分辨能力的高增益窄细波束，提供更灵活的空成具有高分辨能力的高增益窄细波束，提供更灵活的空间复用能力，改善接收信号强度并更好地抑制用户间干间复用能力，改善接收信号强度并更好地抑制用户间干扰，从而实现更高的系统容量和频谱效率。扰，从而实现更高的系统容量和频谱效率。研究的重点在于解决基站天线架构设计、基站端预编码、基站端信号检研究的重点在于解决基站天线架构设计、基站端预编码、基站端信号检测、基站端信道估计和控制信道性能改进等
5、方面的问题。测、基站端信道估计和控制信道性能改进等方面的问题。5G无线传输技术无线传输技术n全频谱接入技术全频谱接入技术全频谱接入技术n毫米波通信毫米波通信指频率为指频率为30300GHz，相应的波长为，相应的波长为110mm的频谱资源的频谱资源；优点：优点：可用频谱资源丰富，天线增益高、波束窄，灵活可控，可可用频谱资源丰富，天线增益高、波束窄，灵活可控，可以连接大量的设备，且已实现以连接大量的设备，且已实现10Gb/s的传输速率的传输速率；缺点：缺点：波长短，因而穿透和绕射能力差，传输损耗更大，通常需波长短，因而穿透和绕射能力差，传输损耗更大，通常需要使用多天线波束成形技术去补偿收发信号的增
6、益，在射频器件、要使用多天线波束成形技术去补偿收发信号的增益，在射频器件、系统设计方面需要特别考虑系统设计方面需要特别考虑n可见光通信可见光通信波长范围在波长范围在380 nm至至780 nm(带宽为带宽为400 THz)优点：传输频段宽、保密性强，且具有无电磁干扰、无需频谱认优点：传输频段宽、保密性强，且具有无电磁干扰、无需频谱认证、无电磁辐射和节约能源；证、无电磁辐射和节约能源；难点：光源布局、难点：光源布局、VLC和射频间的无缝切换、双向通信等和射频间的无缝切换、双向通信等n认知无线电认知无线电主用户由网络授权使用频谱，而从用户能够通过对系统所处外部主用户由网络授权使用频谱，而从用户能够
7、通过对系统所处外部环境的实时认知，获取主用户的资源使用情况，并在不产生干扰环境的实时认知，获取主用户的资源使用情况，并在不产生干扰的前提下，动态使用系统当前可利用的资源来满足自身对速率、的前提下，动态使用系统当前可利用的资源来满足自身对速率、时延和频谱利用率等方面的要求。时延和频谱利用率等方面的要求。全频谱接入技术全频谱接入技术n低频与高频混合组网低频与高频混合组网全频谱接入全频谱接入频段越高，受障碍物、反射物、散射体及大气吸收等环境因素频段越高，受障碍物、反射物、散射体及大气吸收等环境因素影响，信道传播损耗越大，信道变化快、绕射能力差。影响，信道传播损耗越大，信道变化快、绕射能力差。5G通信
8、系统将仍然采用低频段作为核心频段，而高频空口作为通信系统将仍然采用低频段作为核心频段，而高频空口作为低频蜂窝空口的补充，主要部署在室内外热点区域，用以提供低频蜂窝空口的补充，主要部署在室内外热点区域，用以提供高速率的数据业务。采用高、低频混合组网，结合数据面和控高速率的数据业务。采用高、低频混合组网，结合数据面和控制面分离的架构，利用超密集网络和高频自适应回传技术，可制面分离的架构，利用超密集网络和高频自适应回传技术，可以有效地解决热点场景下的高容量和高速率需求，并能保持较以有效地解决热点场景下的高容量和高速率需求，并能保持较低的布网成本。另外，利用高频通信的窄波束和小覆盖的特点，低的布网成本
9、。另外，利用高频通信的窄波束和小覆盖的特点，可用于可用于D2D、车载雷达等新型无线通信应用场景。、车载雷达等新型无线通信应用场景。5G无线传输技术无线传输技术n超密集组网与超密集组网与D2D技术技术 通过更加“密集化”的无线网络基础设施部署，可以获得更高的频谱复用效率，从而在局部热点区域实现百倍量级的系统容量提升5G无线传输技术无线传输技术n新型波形与调制编码技术新型波形与调制编码技术新型多载波技术新型多载波技术 F-OFDM技术技术(Filtered/Flexible OFDM，滤波，滤波/灵活的灵活的OFDM)UFMC(Universal Filter Multi Carrier，通用滤波
10、多载波，通用滤波多载波)技术技术 FBMC(Filter Bank Multi Carrier，基于滤波器组的多载波，基于滤波器组的多载波)先进的调制编码先进的调制编码n同时同频全双工技术同时同频全双工技术设备的发射机和接收机占用相同的频率资源同时进行设备的发射机和接收机占用相同的频率资源同时进行工作，使得通信双方在上、下行可以在相同时间使用工作，使得通信双方在上、下行可以在相同时间使用相同的频率，减少传统双工模式中频率或时隙资源的相同的频率，减少传统双工模式中频率或时隙资源的开销，将无线资源的使用效率提升近一倍，从而显著开销，将无线资源的使用效率提升近一倍，从而显著提高系统吞吐量和容量提高系
11、统吞吐量和容量课程内容课程内容5G概述概述5G的关键技术的关键技术5G无线传输技术无线传输技术5G网络架构与组网技术网络架构与组网技术5G网络架构与组网技术网络架构与组网技术n5G系统网络面临的挑战系统网络面临的挑战5G网络架构与组网技术网络架构与组网技术n5G系统设计系统设计5G系统设计系统设计n5G网络将采用模块化功能设计模式，通过网络将采用模块化功能设计模式，通过“功能组件功能组件”的的组合，构建满足不同应用场景需求的专用逻辑网络。组合，构建满足不同应用场景需求的专用逻辑网络。n接入平面接入平面将引入多站点协作、多连接机制和多制式融合技术将引入多站点协作、多连接机制和多制式融合技术，允许
12、诸如无线，允许诸如无线mesh网络和动态自组织网络等新型组网接网络和动态自组织网络等新型组网接入，以构建更灵活的接入网拓扑；入，以构建更灵活的接入网拓扑；n控制平面控制平面基于可重构的、集中的网络控制功能，提供按需的基于可重构的、集中的网络控制功能，提供按需的接入、移动性和会话管理；接入、移动性和会话管理；n转发平面转发平面具备分布式的数据转发和处理能力，可提供更丰富具备分布式的数据转发和处理能力，可提供更丰富的业务链处理能力。的业务链处理能力。5G组网部署组网部署5G组网部署组网部署n中心级将以控制、管理和调度职能为核心，例如虚拟化功能中心级将以控制、管理和调度职能为核心，例如虚拟化功能编排
13、、广域数据中心互联和编排、广域数据中心互联和BOSS系统等，可按需部署于全国系统等，可按需部署于全国节点，实现网络总体的监控和维护。节点，实现网络总体的监控和维护。n汇聚级主要包括控制面网络功能，如移动性管理、会话管理汇聚级主要包括控制面网络功能，如移动性管理、会话管理、用户数据和策略等，可按需部署于省一级的网络。、用户数据和策略等，可按需部署于省一级的网络。n边缘级主要实现数据面网关功能，重点承载业务数据流，可边缘级主要实现数据面网关功能，重点承载业务数据流，可部署于地市一级。移动边缘计算功能、业务链功能和部分控部署于地市一级。移动边缘计算功能、业务链功能和部分控制面网络功能也可下沉到这一级。制面网络功能也可下沉到这一级。n接入级包括无线接入网的中心单元接入级包括无线接入网的中心单元(CU)和分布单元和分布单元(DU)，CU主主要提供接入侧的业务汇聚，可部署在回传网络的接入层或汇要提供接入侧的业务汇聚，可部署在回传网络的接入层或汇聚层；聚层；DU主要为终端提供数据接入点，部署在用户近端，两主要为终端提供数据接入点，部署在用户近端，两者通过增强的低时延传输网络实现多点协作化功能，支持分者通过增强的低时延传输网络实现多点协作化功能，支持分离或一体化站点的灵活组网。离或一体化站点的灵活组网。
