中国5G产业关键技术及其优势分析.docx

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中国5G产业关键技术及其优势分析

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提示：5G除了传统的峰值速率指标要求外，与之前的移动通信的不同之处在于还提出了包括体验速率、频谱效率、

??????5G?除了传统的峰值速率指标要求外，与之前的移动通信的不同之处在于还提出了包括体验速率、频谱效率、空间容量、移动性能、网络能效、连接密度和时延等八个指标。为实现其上述性能指标，5G?在无线传输技术和网络技术方面将有新的突破。在无线技术领域，技术的创新主要包括大规模天线阵列、超密集组网、新型多址、全频谱接入、基于滤波的正交频分复用（F-OFDM）等，其中基于大规模?MIMO?的无线传输技术将有可能使频谱效率和功率效率在?4G?的基础上再提升一个量级,该项技术走向实用化的主要瓶颈问题是高维度信道建模与估计以及复杂度控制，超密集网络?(ultra?dense?network,?UDN)已引起业界的广泛关注,网络协同与干扰管理将是提升高密度无线网络容量的核心关键问题；在网络技术领域，技术的创新主要包括软件定义网络（SDN）、网络功能虚拟化（NFV）等。

图表：5G?关键性能指标

??????一、大规模天线阵列（Massive?MIMO）

??????大规模天线阵列是可以?10?倍、百倍提升系统容量的无线技术，其原理是基于多用户波束成形，在基站端布置几百根天线，对几十个目标接收机调制各自的波束，通过空间信号隔离，在同一频率资源上同时传输几十条信号，从而实现几百个天线同时发数据。MIMO?技术并不是?5G?独有的技术，在?3G?时代就被引入无线通信领域，同样也是?4G?关键技术之一。大规模天线阵列可以从两个角度进行理解：一方面，大规模天线阵列的通道数远大于传统?TDD?网络的天线数，可达到?64/128/256?个，而传统的天线基本是?2?天线、4?天线或?8?天线；另一方面，Massive?MIMO?基于波束成形原理，覆盖垂直维度的空域，其信号的辐射状是个电磁波束，可有效减少基站发射功率损耗，而传统?MIMO?在发射信号时，只能在一个平面上移动，因此也称为?2D-MIMO。

图表：传统?MIMO?与?Massive?MIMO?对比?

??????大规模天线阵列与传统的?MIMO?技术的区别不仅仅在于天线数量多少的差别，而是由量变引发得质变。相较于传统?MIMO，大规模天线阵列可以深度挖掘无线空间维度资源，数倍系统提升系统频谱功率和功率效率。大规模天线阵列的基站端拥有几百根天线，可以自动调节各个天线发射信号的相位，使其在手机接收点形成电磁波的叠加，从而提高信号接收强度。根据概率统计学原理，当基站端天线数远大于用户天线数时，基站到各个用户的信道将趋于正交，此时，用户间干扰将趋于消失，而巨大的阵列增益将能够有效地提升每个用户的信噪比，从而能够在相同的时频资源上支持更多用户传输。

图表：大规模天线阵列物理层研究难点

??????结合?5G?技术试验的测试过程及结果，大规模天线的优势有显而易见的优势，但是其研发和使用仍然面临着巨大的挑战。

图表：Massive?MIMO?的优势与问题

??????二、超密集组网（UDN）

??????随着人们对于网络功能的需求不断升高，第五代移动通信网络应运而生，较之前的网络，5G?的发展方向会更加多元化，宽带化，综合化，智能化。智能终端数量将不断增长，未来的移动数据业务飞速发展。当前网络架构中亟待解决的主要问题是热点地区的用户体验，由于低频段谱资源稀缺，单纯依靠提升频谱效率并不能有效解决当前问题。超密集组网是满足?5G?千倍容量增长需求的主要手段之一，在热点地区大规模部署低功率接入点，在局部热点区域实现百倍量级的系统容量提升。通过增加网络部署密度，缩短了各个发射节点之间的距离，改善网络覆盖范围范围，可以促使终端在热点区域获得更多的频谱，提升了业务的功率效率、频谱效率，大幅度提升系统容量，并对业务进行分流，保证了业务在各种接入技术和各覆盖层次间负荷分担。

??????参考

发布《2018-2023年中国5G行业市场产销态势分析与投资发展趋势研究报告》

图表：超密集组网

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图表：不同类型基站对比

??????在实际应用中，超密集组网的部署面临着极大的挑战：

??????切换算法。由于小区部署密度的不断增加以及小区边界更不规则，网络切换频率将增大，由此，切换失败率会增加。原有的?4G?分布式切换算法会使得其小区间交互控制信令负荷会随着小区密度的增加以二次方趋势增长，极大地增加了网络控制信令负荷。

??????干扰问题。在超密集部署场景下，为了提升频谱效率，时/频资