1、25G移動通信內容提要1 5G發(fā)展背景2 5G關鍵能力3 5G典型的應用場景4 5G新技術5 5G展望 本次課的要求與重難點要求與重點1.了解5G的性能需求和效率需求。2.了解5G 面臨的多樣化應用場景所帶來的挑戰(zhàn)。3.了解毫米波通信、Massive-MIMO、全雙工、D2D通信、超密集網(wǎng)絡等新技術的優(yōu)勢及問題。重點：多樣化應用場景所帶來的問題和解決思路。難點：5G新技術的基本概念本次課需要解決的主要問題1. 5G的性能需求和效率需求有哪些？2. 5G 面臨的多樣化應用場景所帶來的挑戰(zhàn)有哪些？3. 毫米波通信、Massive-MIMO、全雙工、D2D通信、超密集網(wǎng)絡等新技術的優(yōu)勢及問題有哪些？

2、55G移動通信內容提要1 5G發(fā)展背景2 5G關鍵能力3 5G典型的應用場景4 5G新技術5 5G展望5G發(fā)展背景未來的通信體驗：超高清、3D影像，浸入式視頻5G發(fā)展背景未來的通信體驗：增強現(xiàn)實、云桌面、在線游戲5G發(fā)展背景5G還將滲透到物聯(lián)網(wǎng)領域，實現(xiàn)真正的“萬物互聯(lián)”。5G發(fā)展背景未來全球移動通信網(wǎng)絡的設備總量將達到千億規(guī)模；預計到2020年，全球移動終端（不含物聯(lián)網(wǎng)設備）數(shù)量將超過100億，其中中國將超過100億。5G發(fā)展背景面向2020年及未來，移動數(shù)據(jù)流量將出現(xiàn)爆炸式增長； 預計到2020年全球移動數(shù)據(jù)流量將增長200倍；預計到2030年全球移動數(shù)據(jù)流量將增長2萬倍。5G發(fā)展背景面向

3、未來，移動數(shù)據(jù)流量爆炸性增長，數(shù)以億計的設備接入網(wǎng)絡，各類新業(yè)務和應用場景不斷涌現(xiàn)； 可以說，5G通信時代已經(jīng)到來；擺在我們通信研究人員面前的是一份沉甸甸的責任：在5G來臨之前，開發(fā)出新的通信技術以滿足如此迫切的業(yè)務需求。5G發(fā)展背景5G將使信息突破時空限制，為用戶帶來身臨其境的信息盛宴； 5G將拉近萬物的距離，便捷地實現(xiàn)人與萬物的智能互聯(lián)；5G將為用戶提供光纖般的接入速率，零時延的使用體驗。5G發(fā)展背景 2012年11月歐盟啟動了5G研究項目METIS，同年10月5G創(chuàng)新中心在英國成立； 2013年2月中國成立了IMT-2020推進組，同年6月韓國成立了5G技術論壇； 2015年3月3GPP

4、啟動了未來新業(yè)務需求研究、5G工作計劃討論； 2015年6月，ITU發(fā)布了5G愿景，確立了5G關鍵能力指標和主要應用場景； 等等5G研究研究5G的關鍵能力 單位面積數(shù)據(jù)吞吐量顯著提升：相比于4G，5G的系統(tǒng)容量要提高1000倍 支持海量設備連接：在一些場景下每平方公里通過5G移動網(wǎng)絡連接的器件數(shù)目達到100萬，相對4G增長100倍 更低的延時和更高的可靠性：相對4G，時延縮短5-10倍，并提供真正的永遠在線體驗 能耗：使網(wǎng)絡綜合的能耗效率提高1000倍，達到1000倍容量提升的同時保持能耗與現(xiàn)有網(wǎng)絡相當5G移動通信更加關注用戶的需求，并為用戶移動通信更加關注用戶的需求，并為用戶帶來新體驗：帶來

5、新體驗：5G關鍵能力1Gbps的用戶體驗速率，數(shù)十Gbps的峰值速率； 毫秒級的端到端時延，支持500km/h的隨機移動性；每平方公里10萬部的設備連接，數(shù)十Tbps的流量密度。5G性能指標性能指標5G關鍵能力頻譜利用、能耗和成本是移動通信網(wǎng)絡可持續(xù)發(fā)展的三個關鍵因素；頻譜效率需提高10倍以上；能源效率和成本效率均要求有百倍以上的提升。5G5G效率指標效率指標5G關鍵能力5G和4G的關鍵能力指標比較5G典型應用場景面向移動互聯(lián)網(wǎng)，兩個傳統(tǒng)技術場景連續(xù)廣域覆蓋熱點高容量面向物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務，5G拓展的兩個場景低功耗大連接低延時高可靠5G5G將面臨多樣化應用場景帶來的挑戰(zhàn)將面臨多樣化應用場景帶來的挑戰(zhàn)5

6、G典型應用場景該場景的主要挑戰(zhàn)在于如何隨時隨地為用戶提供每秒百兆比特的用戶體驗速率。連續(xù)廣域覆蓋連續(xù)廣域覆蓋5G典型應用場景每秒千兆比特的用戶體驗速率、每秒萬兆比特的峰值速率是該場景面臨的主要挑戰(zhàn)。熱點高容量熱點高容量5G典型應用場景低功耗大連接場景主要面向智慧城市、環(huán)境監(jiān)測、智能農業(yè)、森林防火等以傳感和數(shù)據(jù)采集為目標的應用場景。低功耗大連接低功耗大連接5G典型應用場景低延時高可靠場景主要面向車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制等垂直行業(yè)的特殊應用需求。低延時高可靠低延時高可靠5G新技術毫米波通信技術毫米波通信技術Massive MIMO技術技術全雙工技術全雙工技術D2D通信通信超密集網(wǎng)絡超密集網(wǎng)絡新型多址技術技

7、術和新型多址技術技術和SDN5G新技術支持支持5G5G關鍵性能指標的相應關鍵技術關鍵性能指標的相應關鍵技術Massive MIMO技術Massive MIMO，在現(xiàn)有MIMO技術基礎上通過大規(guī)模增加發(fā)送端天線數(shù)目，以形成數(shù)十個獨立的空間數(shù)據(jù)流，進而達到數(shù)倍提升多用戶系統(tǒng)的頻譜效率。大規(guī)模天線陣列技術的優(yōu)勢大規(guī)模天線陣列技術的優(yōu)勢提高頻譜效率提高功率效率大幅度降低干擾簡化收發(fā)信機結構大規(guī)模天線陣列技術需要克服的難題大規(guī)模天線陣列技術需要克服的難題導頻污染嚴重信道模型缺乏復雜度和性能兼?zhèn)涞乃惴ㄐ诺拦烙嬮_銷大Massive MIMO技術毫米波通信技術現(xiàn)有的無線通信常用頻段已經(jīng)擁擠不堪，并且很難在傳輸

8、速率量級上實現(xiàn)突破。為滿足Gbps的高速無線傳輸，向更高的頻段進軍是可能的解決方式。在毫米波頻段（26.5-300GHz）上，具有更多的頻譜空間，能夠滿足移動帶寬對容量和速率的需求。毫米波通信技術毫米波通信的優(yōu)勢毫米波通信的優(yōu)勢極寬的帶寬極窄的波束安全保密性毫米波通信需要克服的難題毫米波通信需要克服的難題傳播損耗大繞射能力差雨衰效應嚴重傳統(tǒng)半雙通信技術傳統(tǒng)半雙通信技術不能在同一頻率上實現(xiàn)信號的同時收發(fā)，造成無線頻譜資源的極大浪費；全雙工通信技術全雙工通信技術同頻同時雙工技術是通過天線、射頻以及數(shù)字部分的干擾隔離和消除，實現(xiàn)在同一時隙和頻率上同時發(fā)送信號和接收信號。該技術理論上可以提高空口頻譜效

9、率1倍，同時能夠帶來頻譜的更靈活分配和使用，這就是其發(fā)展的最強驅動力。同時同頻全雙工技術同時同頻全雙工技術同時同頻全雙工傳輸發(fā)送和接收的基本原理同時同頻全雙工技術全雙工技術的優(yōu)勢全雙工技術的優(yōu)勢信道容量加倍降低反饋時延提高網(wǎng)絡的安全性提高頻譜使用靈活度全雙工技術需要克服的難題全雙工技術需要克服的難題自干擾問題嚴重用戶間的相互干擾增加功率消耗和設備復雜度增大D2D通信技術隨著移動互聯(lián)網(wǎng)和社交網(wǎng)絡的日益發(fā)展，信息流向呈現(xiàn)熱點區(qū)域的局域化特點，業(yè)務的本地特性更加明顯，設備到設備（Device-to-Device，D2D）通信呼之欲出D2D通信是指當兩個移動終端距離很近時的直接進行通信的一種通信方式。

10、D2D通信技術D2D技術帶來的增益技術帶來的增益地理位置增益，即地理位置的相近性帶來良好直傳信道質量，可能會使通信具有極高的數(shù)據(jù)速率、低的延遲以及低的功率消耗等優(yōu)良性能；用增益，即蜂窩系統(tǒng)的無線資源可能同時被蜂窩鏈路和D2D鏈路使用，提升系統(tǒng)的頻率復用效率；跳增益，相比于傳統(tǒng)的蜂窩設備之間需要上行鏈路和下行鏈路的蜂窩通信方式，D2D通信方式僅需要一跳傳輸即可完成。D2D技術需要克服的難題技術需要克服的難題鄰居發(fā)現(xiàn)模式選擇資源分配干擾抑制超密集網(wǎng)絡技術隨著智能手機和移動電腦等移動設備的廣泛使用，無線數(shù)據(jù)流量持續(xù)快速增長，僅靠無線物理層技術難以解決數(shù)據(jù)量急劇增長和頻譜資源緊缺的雙重難題。UDN通過

11、部署更加“密集化”的無線接入點等基礎設施，以獲得更高頻率復用效率，在局部熱點地區(qū)實現(xiàn)成百倍系統(tǒng)容量的提升。密集蜂窩網(wǎng)絡的優(yōu)勢密集蜂窩網(wǎng)絡的優(yōu)勢密集蜂窩網(wǎng)絡適于解決室內容量的需求問題。小蜂窩可以分擔一部分宏蜂窩的負載，降低了移動設備與基站的能耗。部署小蜂窩的成本花費遠遠低于宏蜂窩。需要克服的難題需要克服的難題宏蜂窩與小蜂窩之間的頻譜資源分配小蜂窩的隨機部署對于核心網(wǎng)絡的靈活接入問題分布式小蜂窩的同步、載波選擇和功率控制超密集網(wǎng)絡技術從1G到4G中所采用的多址技術看，主流多址方式是正交多址。然而，隨著用戶數(shù)的激增，僅用傳統(tǒng)正交方式的多址方式將難以滿足這些需求。從多用戶信息論角度看，非正交多址技術不僅能進一步增強頻譜效率，也是逼近多用戶信道容量界的有效手段。因此，近年來，人們提出了各種各樣的新型多址技術，如基于非正交特征圖樣的圖樣分割多址（PDMA）、基于功率疊加的非正交多址（NOMA）等。新型多址技術軟件定義網(wǎng)絡（SDN）SDN是一種全新的網(wǎng)絡架構，其核心理念是轉發(fā)與控制分離、集中控制、開放可編程，它可通過