摘 要:网络正以超乎我们想象的速度向前发展着,当人们刚刚享受4G网络带给我们便利的时候,5G正在实验室里孕育,相信不久的将来,5G会为我们带来更大的冲击。现在5G的很多关键技术还没有定论,本文分析了可能在未来5G中应用的几种关键技术。
关键词:5G;关键技术
1 5G的概念
和之前的几代移动通信系统相比较,5G不仅仅具有更高的速率,更大的带宽、更强能力的空中接口技术,而是面向业务应用和用户体验的智能网络。大唐电信白皮书认为,5G移动宽带系统将成为面向2020年以后人类信息社会需求的无线移动通信系统,它是一个多业务多技术融合的网络,通过技术的演进和创新,满足未来包含广泛数据和连接的各种业务的快速发展需要,提升用户体验。
2 5G的关键能力
IMT-2020(5G) 推进组《5G愿景与需求白皮书》中提出5G需要具备比4G更高的性能,支持0.1~1Gbps的用户体验速率,每平方公里一百万的连接数密度,毫秒级的端到端时延,,每平方公里数十Tbps的流量密度,每小时500Km以上的移动性和数十Gbps的峰值速率。其中,用户体验速率、连接数密度和时延为5G最基本的三个性能指标。同时,5G还需要大幅提高网络部署和运营的效率,相比4G,频谱效率提升5~15倍,能效和成本效率提升百倍以上。
3 5G的关键技术
为了能够提升5G的业务支撑能力,5G在无线传输技术和网络技术采用了很多先进的技术。
3.1 非正交多址接入(NOMA)
我们知道3G采用直接序列码分多址(Direct Sequence CDMA ,DS-CDMA)技术,手机接收端使用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)来解决手机和小区之间的远-近问题。
而4G网络则采用正交频分多址(OFDM)技术,OFDM不但可以克服多径干扰问题,而且和MIMO技术配合,极大的提高了数据速率。由于多用户正交,手机和小区之间就不存在远-近问题,快速功率控制就被舍弃,而采用AMC(自适应编码)的方法来实现链路自适应。
NOMA希望实现的是,重拾3G时代的非正交多用户复用原理,并将之融合于现在的4G OFDM技术之中。从2G,3G到4G,多用户复用技术无非就是在时域、频域、码域上做文章,而NOMA在OFDM的基础上增加了一个维度——功率域。新增这个功率域的目的是,利用每个用户不同的路径损耗来实现多用户复用。NOMA的基本思想是在发送端采用非正交传输,主动引入干扰信息,在接收端通过串行干扰删除(SIC)实现正确解调。虽然采用SIC接收机会提高设计接收机的复杂度,但是可以很好地提高频谱效率,NOMA的本质即为通过提高接收机的复杂度来换取良好的频谱效率。
3.2 大规模MIMO技术
在无线通信系统中,在发射机和/或接收机上使用多个天线开辟了一个新的维度空间。如果能够正确利用这一技术,可以极大地提高性能,它现在被广泛地称为MIMO。MIMO技术已经广泛应用于WIFI、LTE等。理论上,天线越多,频谱效率和传输可靠性就越高。它可以成倍提升无线频谱效率,增强网络覆盖和系统容量,帮助运营商最大限度利用已有站址和频谱资源。
但目前由于多天线所占空间、实现复杂度等技术条件的限制,目前的无线通信系统中,收发端的天线数量都不多。不过大规模MIMO在容量上的巨大潜力,吸引着越来越多的研究者的关注。相信不久的将来,大规模MIMO技术定会为5G移动通信系统的大容量做出巨大贡献。
3.3 超密度异构网络
超密度异构网络是指在宏蜂窝网络层中布放大量微蜂窝微微蜂窝、毫微微蜂窝等接入点,来满足数据容量增长要求。超密度异构网络的思想是在宏站的覆盖区域内,部署各类低功率的节点,由于小区半径的缩小从而频谱资源的空间复用带来频谱效率的提升。在超密度异构网络中,网络节点与终端的距离更近,从而带来功率效率和频谱效率的双重提升,以及业务在各种不同接入方式和覆盖层次的灵活转换。
3.4 多技术载波聚合
载波聚合技术简单地说,它可以将多个载波聚合成一个更宽的频谱,同时也可以把一些不连续的频谱碎片聚合到一起,能很好地满足频谱兼容性的要求。载波聚合后最直观的好处就是传输速度的大幅度提升,以及延迟的降低,这些都得益于更宽的频谱。打个比方,载波聚合就好比“黏合剂”,将零散的频谱粘在一起,提供更快速率。同时,载波聚合还能有效改善网络质量,提升吞吐量,使网络负载更加均衡,尤其是在负载较重的时候效果会更明显。
未来5G必然需要包容多种无线接入技术,如4G、LTE、3G、wifi等,他们所使用的频谱各有不同,那么如何能够使各种频谱融合到5G网络,多技术载波聚合提供了解决方法。最终多技术载波聚合技术与超密度异构网络一起,终将实现万物之间的无缝连接。
4 总结
虽然关于5G的技术标准还没有制定, 最终哪些将成为5G中的关键技术还是未知数。但是本文所列举出来的几种关键技术所展现的巨大潜力,终将在未来有用武之地。
参考文献
[1] 尤肖虎 潘志文 高西奇 曹淑敏 邬贺铨. 5G移动通信发展趋势与若干关键技术.中国科学:信息科学.2014年5期
[2] 夏威 刘冰华. 5G概述及关键技术简介.电脑与电信.2014年第8期
[3] 大唐电信. 5G白皮书.
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