5G移动通信网络关键技术Word文档下载推荐.docx
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大规模天线技术的潜在应用场景主要包括:
宏覆盖、高层建筑、异构网络、室内外热点以及无线回传链路等。
此外,以分布式天线的形式构建大规模天线系统也可能成为该技术的应用场景之一。
在需要广域覆盖的场景,大规模天线技术可以利用现有频段;
在热点覆盖或回传链路等场景,则可以考虑使用更高频段。
针对上述典型应用场景,需要根据大规模天线信道的实测结果,对一系列信道参数的分布特征及其相关性进行建模,从而反映出信号在三维空间中的传播特性。
(2)传输与检测技术
大规模天线的性能增益主要是通过大量天线阵元形成的多用户信道间的准正交特性保证的。
然而,在实际的信道条件中,由于设备与传播环境中存在诸多非理想因素,为了获得稳定的多用户传输增益,仍然需要依赖下行发送与上行接收算法的设计来有效地抑制用户间乃至小区间的同道干扰,而传输与检测算法的计算复杂度则直接与天线阵列规模和用户数相关。
此外,基于大规模天线的预编码/波束赋形算法与阵列结构设计、设备成本、功率效率和系统性能都有直接的联系。
基于Kronecker运算的水平垂直分离算法、数模混合波束赋形技术,或者分级波束赋型技术等可以较为有效地降低大规模天线系统计算复杂度。
(3)信道状态信息测量与反馈技术
信道状态信息测量、反馈及参考信号设计等对于MIMO技术的应用具有重要意义。
为了更好地平衡信道状态信息测量开销与精度,除了传统的基于码本的隐式反馈和基于信道互易性的反馈机制之外,诸如分级CSI测量与反馈、基于Kronecker运算的CSI测量与反馈、压缩感知以及预体验式等新型反馈机制也值得考虑。
(4)覆盖增强技术以及高速移动解决方案
天线规模的扩展对于业务信道的覆盖将带来巨大的增益,但是对于需要有效覆盖全小区内所有终端的广播信道而言,则会带来诸多不利影响。
在这种情况下,类似内外双环波束扫描的接入技术能够解决窄波束的广覆盖问题。
除此之外,大规模天线还需要考虑在高速移动场景下,如何实现信号的可靠和高速率传输问题。
对信道状态信息获取依赖度较低的波束跟踪和波束拓宽技术,可以有效利用大规模天线的阵列增益提升数据传输可靠性和传输速率。
(5)多用户调度与资源管理技术
大规模天线为无线接入网络提供了更精细的空间粒度以及更多的空间自由度,因此基于大规模天线的多用户调度技术、业务负载均衡技术以及资源管理技术将获得可观的性能增益。
(6)大规模有源阵列天线技术
大规模天线前端系统从结构上可分为数字阵和数模混合阵两大类。
出于复杂度、功耗和成本的考虑,数模混合的阵列架构在高频段将具有很大的应用潜力。
大规模有源阵列天线的构架、高效/高可靠/小型化/低成本/模块化收发组件、高精度监测与校准方案等关键技术将直接影响到大规模天线技术在实际应用环境中的性能与效率,并将成为直接关系到大规模天线技术能否最终进入实用化阶段的关键环节。
大规模天线技术为系统频谱效率、用户体验、传输可靠性的提升提供了重要保证,同时也为异构化、密集化的网络部署环境提供了灵活的干扰控制与协调手段。
随着一系列关键技术的突破以及器件、天线等技术的进一步发展,大规模天线技术必将在5G系统中发挥重大作用。
图1大规模天线应用场景
2、超密集组网
超密集组网将是满足2020年以及未来移动数据流量需求的主要技术手段。
超密集组网通过更加“密集化”的无线网络基础设施部署,可获得更高的频率复用效率,从而在局部热点区域实现百倍量级的系统容量提升。
超密集组网的典型应用场景主要包括:
办公室、密集住宅、密集街区、校园、大型集会、体育场、地铁、公寓等。
随着小区部署密度的增加,超密集组网将面临许多新的技术挑战,如干扰、移动性、站址、传输资源以及部署成本等。
为了满足典型应用场景的需求和技术挑战,实现易部署、易维护、用户体验轻快的轻型网络,接入和回传联合设计、干扰管理和抑制、小区虚拟化技术是超密集组网的重要研究方向。
(1)接入和回传联合设计
接入和回传联合设计包括混合分层回传、多跳多路径的回传、自回传技术和灵活回传技术等。
混合分层回传是指在架构中将不同基站分层标示,宏基站以及其他享有有线回传资源的小基站属于一级回传层,二级回传层的小基站以一跳形式与一级回传层基站相连接,三级及以下回传层的小基站与上一级回传层以一跳形式连接、以两跳/多跳形式与一级回传层基站相连接,将有线回传和无线回传相结合,提供一种轻快、即插即用的超密集小区组网形式。
多跳多路径的回传是指无线回传小基站与相邻小基站之间进行多跳路径的优化选择、多路径建立和多路径承载管理、动态路径选择、回传和接入链路的联合干扰管理和资源协调,可给系统容量带来较明显的增益。
自回传技术是指回传链路和接入链路使用相同的无线传输技术,共用同一频带,通过时分或频分方式复用资源,自回传技术包括接入链路和回传链路的联合优化以及回传链路的链路增强两个方面。
在接入链路和回传链路的联合优化方面,通过回传链路和接入链路之间自适应的调整资源分配,可提高资源的使用效率。
在回传链路的链路增强方面,利用BCplusMAC(BroadcastChannelplusMultipleAccessChannel,广播信道特性加上多址接入信道特性)机制,在不同空间上使用空分子信道发送和接收不同数据流,增加空域自由度,提升回传链路的链路容量;
通过将多个中继节点或者终端协同形成一个虚拟MIMO网络进行收发数据,获得更高阶的自由度,并可协作抑制小区间干扰,从而进一步提升链路容量。
灵活回传是提升超密集网络回传能力的高效、经济的解决方案,它通过灵活地利用系统中任意可用的网络资源(包括有线和无线资源),灵活地调整网络拓扑和回传策略来匹配网络资源和业务负载,灵活地分配回传和接入链路网络资源来提升端到端传输效率,从而能够以较低的部署和运营成本来满足网络的端到端业务质量要求。
(2)干扰管理和抑制策略
超密集组网能够有效提升系统容量,但随着小小区更密集的部署、覆盖范围的重叠,带来了严重的干扰问题。
当前干扰管理和抑制策略主要包括自适应小小区分簇、基于集中控制的多小区相干协作传输,和基于分簇的多小区频率资源协调技术。
自适应小小区分簇通过调整每个子帧、每个小小区的开关状态并动态形成小小区分簇,关闭没有用户连接或者无需提供额外容量的小小区,从而降低对临近小小区的干扰。
基于集中控制的多小区相干协作传输,通过合理选择周围小区进行联合协作传输,终端对来自于多小区的信号进行相干合并避免干扰,对系统频谱效率有明显提升。
基于分簇的多小区频率资源协调,按照整体干扰性能最优的原则,对密集小基站进行频率资源的划分,相同频率的小站为一簇,簇间为异频,可较好地提升边缘用户体验。
(3)小区虚拟化技术
小区虚拟化技术包括以用户为中心的虚拟化小区技术、虚拟层技术和软扇区技术。
以用户为中心的虚拟化小区技术是指打破小区边界限制,提供无边界的无线接入,围绕用户建立覆盖、提供服务,虚拟小区随着用户的移动快速更新,并保证虚拟小区与终端之间始终有较好的链路质量,使得用户在超密集部署区域中无论如何移动,均可以获得一致的高QoS/QoE(服务质量/体验质量)。
虚拟层技术由密集部署的小基站构建虚拟层和实体层网络,其中虚拟层承载广播、寻呼等控制信令,负责移动性管理;
实体层承载数据传输,用户在同一虚拟层内移动时,不会发生小区重选或切换,从而实现用户的轻快体验。
软扇区技术由集中式设备通过波束赋形手段形成多个软扇区,可以降低大量站址、设备、传输带来的成本;
同时可以提供虚拟软扇区和物理小区间统一的管理优化平台,降低运营商维护的复杂度,是一种易部署、易维护的轻型解决方案。
图2关键技术示意图
图3虚拟层技术示意图
图4软扇区示意图
3、全频谱接入
全频谱接入涉及6GHz以下低频段和6GHz以上高频段,其中低频段是5G的核心频段,用于无缝覆盖;
高频段作为辅助频段,用于热点区域的速率提升。
全频谱接入采用低频和高频混合组网,充分挖掘低频和高频的优势,共同满足无缝覆盖、高速率、大容量等5G需求。
考虑高频段传播特性与6GHz以下频段有明显不同,全频谱接入重点研究高频段在移动通信中应用的关键技术,目前业界统一的认识是研究6-100GHz频段,该频段拥有丰富的空闲频谱资源,可有效满足未来5G对更高容量和速率的需求,可支持10Gbps以上的用户传输速率。
高频通信在军事通信和无线局域网(WLAN)等领域已经获得应用,但是在蜂窝通信领域的研究尚处于起步阶段。
高频信号在移动条件下,易受到障碍物、反射物、散射体以及大气吸收等环境因素的影响,高频信道与传统蜂窝频段信道有着明显差异,如传播损耗大、信道变化快、绕射能力差等,因此需要对高频信道测量与建模、高频新空口、组网技术以及器件等内容开展深入研究。
图5高频通信关键技术
(1)高频候选频段及信道特性研究
当前高频段研究范围涵盖6-100GHz频段,包括授权频谱和非授权频谱、对称频谱和非对称频谱、连续频谱和离散频谱等。
面向未来5G可能的候选频点,结合业界信道测量成果,研究高频候选频点的信道传播特性,构建适用于高频频段的信道模型,分析和评估高频频点的适用场景,选择适合5G的高频频段。
目前业界开展研究的5G典型候选频段主要包括6GHz、15GHz、18GHz、28GHz、38GHz、45GHz、60GHz和72GHz等,测量场景涵盖室外热点和室内热点。
初步的信道测量表明,频段越高,信道传播路损越大。
高频信道表现出来的一个新特性是信道特性比较依赖所采用的天线形态,如传输损耗、时延扩展和接收功率角度谱等参数随着天线形态的不同将发生较大的变化,因此信道测量如何与天线形态解耦是高频信道建模的研究重点。
信道传输损耗方面,可采用业界公认的Close-inReference和FloatingIntercept两种不同的路损模型分别提取参数。
比较而言,测量数据不足的情况下Close-inReference模型更加稳健,当有足够的测量数据情况下,采用FloatingIntercept模型更加合理。
(2)高频空口设计
基于高频信道的特征,高频通信系统以多天线、阵列天线技术为核心研究收发波束赋形技术,以及窄波束的对准与跟踪技术,以提高高频系统的覆盖;
研究适用于不同高频频点信道传播特性的信号波形,以及支持高低频混合组网下统一的空口帧结构及接入机制;
研究自适应感知频谱技术,以支持授权频谱和非授权频谱等多种频谱使用需求;
研究适用于高频通信的编码调制技术、点射技术、干扰管理技术以及高效的MAC层技术等,提升高频空口传输的性能;
研究接入与回传相结合的无线传输技术,降低高频组网的成本。
(3)低频与高频混合组网
作为低频蜂窝空口的补充,高频空口将主要部署在室内外热点区域,用以提供高速率的数据业务。
由于高频信号的传播特性,采用高、低频混合组网,结合数据面与控制面分离的架构,利用超密集网络和高频自适应回传技术,可以有效地解决热点场景下的高容量和高速率需求,并能够保持较低的布网成本。
利用高频通信的窄波束和小覆盖的特点,可用于D2D、车载雷达等新型无线应用通信场景。
(4)高频器件
与中低频相比,高频器件更易于系统集成,实现大规模天线和设备小型化。
目前6-1
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- 关 键 词:
- 移动 通信 网络 关键技术