【文章內(nèi)容簡介】 ................ 20 小結(jié) ............................................................................................................... 20 總結(jié) .............................................................................................................................. 22 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 23 致 謝 .......................................................................................................................... 25 外文原文 ...................................................................................................................... 26 中文翻譯 ...................................................................................................................... 39 1 第 1 章 緒論 選題目的和意義 移動通信網(wǎng)絡(luò) 發(fā)展到現(xiàn)在一共經(jīng)歷了 4 代，第一代是模擬技術(shù)，第二代實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化語音通信，第三代是 3G 網(wǎng)絡(luò) ， 已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)基本的多媒體通信，第四代是我們目前已經(jīng)離不開的 4G 網(wǎng)絡(luò) ，其標(biāo)志著無線寬帶時代 的到來 。而本論文所研究的 5G 移動通信網(wǎng)絡(luò)指的正是第五代移動通信網(wǎng)絡(luò) [1]。 4G 網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)改變了我們的生活，使我們在能夠足不出戶的買到漂亮的服裝和美味的食物，使我們能夠更方便的遠(yuǎn)行，游玩，不再擔(dān)心迷路或是無處可居。 5G 移動通信網(wǎng)絡(luò)是 4G 網(wǎng)絡(luò)的升級版， 5G 網(wǎng)絡(luò)傳輸速度將會更快，傳輸功耗將會變得更低，成本也將更低，能夠承載更多設(shè)備的接入。 5G 網(wǎng)絡(luò) 將會開啟一個全新的時代，它瞄準(zhǔn)的不再僅僅是人與人之間的連接，更包括了人與物，物與物的連接，將會實(shí)現(xiàn)的是整個社會的全面互聯(lián)。 隨著 5G 網(wǎng)絡(luò) 的到來， 每種類型的通信都會受到很大的影響 。新的 5G 移動通信網(wǎng)絡(luò)，面對高吞吐量需求的不斷增長，需要通過增加無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)量，提高質(zhì)量和服務(wù)，并降低價格來 滿足社會的需求，這些是 5G 網(wǎng)絡(luò)的重要因素。移動網(wǎng)絡(luò)，醫(yī)療保健，互聯(lián)網(wǎng)上的各種視頻和音頻，游戲，安全監(jiān)控，以及我們生活的各個方面都將會利用 到5G 網(wǎng)絡(luò)。它也將在商業(yè)，工業(yè)，學(xué)校 和社會中發(fā)揮重要作用，改善大學(xué)生，醫(yī)生，飛行員和警察的生活等等。 我們生活的地區(qū) 5G 網(wǎng)絡(luò) 的最大優(yōu)點(diǎn)之一是其能夠建立全球網(wǎng)絡(luò)。這個全球網(wǎng)絡(luò)是基于所有可用的通信?？紤]可穿戴設(shè)備的人造智能可用性， 可以幫助我們監(jiān)測我們身體的活動，如心臟速率，血壓和大腦的活動，并在線保持 與中央衛(wèi)生保健中心的溝通。 5G 移動通信系統(tǒng)想要滿足 2020 年的移動互聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)的需求，最關(guān)鍵的兩點(diǎn)：快速，低功耗。而想要實(shí)現(xiàn) 這兩點(diǎn)， 最重要的 是對 5G 網(wǎng)絡(luò) 關(guān)鍵技術(shù) 的選擇。 5G 移動通信 網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)需要足夠的 技術(shù)支持，而 5G 網(wǎng)絡(luò) 無線技術(shù)是支持 5G 網(wǎng)絡(luò)成功構(gòu)建的基石性技術(shù)，只有其 無線 關(guān)鍵技術(shù)確保達(dá)到目標(biāo)，才有可能實(shí)現(xiàn)整個社區(qū) 5G 網(wǎng)絡(luò) 的 覆蓋。 5G 移動通信系統(tǒng) 所需要加強(qiáng)的主要是無線技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)兩個方面。本文主要討論了 5G 網(wǎng)絡(luò) 無線技術(shù)的潛在核心技術(shù)，根據(jù)國際主流組織機(jī)構(gòu)發(fā)布的關(guān)于 5G 網(wǎng)絡(luò) 的最新信息，將 5G 網(wǎng)絡(luò) 所潛在 的 無線 關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)行介紹，并選擇其中之一，解釋其原理，應(yīng)用場景，優(yōu)勢和問題。盡快明確 5G 網(wǎng)絡(luò) 的概念，技術(shù)方向和其核心技術(shù)，這將對聚集全球產(chǎn)業(yè)力量，促進(jìn) 5G 網(wǎng)絡(luò) 的發(fā)展具有十分重要的意義 [2]。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 移動通信具有全球統(tǒng)一的工業(yè)生態(tài)，形成國際統(tǒng)一的 5G 移動通信網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)已成為通信行業(yè)的共同聲音。國際電聯(lián)于 2020 年推出了 5G網(wǎng)絡(luò) 技術(shù)性能要求和評估方式，計劃于 2017 年底開始 5G 網(wǎng)絡(luò) 候選方案收集， 并且將在 2020 年底實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的制定。同時國際上各個國家為了獲得 5G 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)制定權(quán)，進(jìn)行著激烈的競爭。 美國： 2020 年 7 月 ， 紐約大學(xué)設(shè)立了政府和商業(yè)組織的 5G 聯(lián)盟。 2020 年 9 月 7日，美國移動企業(yè) Verizon 宣布，開始 5G通信網(wǎng)絡(luò)的試用，并在 2017 年于美國一些城市使用。 2020 年 7 月，美國通信委員會宣布，將 為 5G 網(wǎng)絡(luò) 通信開通 24 GHz 以上的頻 2 段，并發(fā)布無線電通信研究計劃（ AWRI），以促進(jìn) 5G 網(wǎng)絡(luò) 研究與發(fā)展，并確定未來七年 投資 4 億美元用于 5G 通信網(wǎng)絡(luò)的研究，并且 AWRI 將在 FCC 允許的 5G網(wǎng)絡(luò) 頻率范圍內(nèi)，在 4 個城市中進(jìn)行 5G 網(wǎng)絡(luò) 試驗。 歐盟： 2020 年 9 月，歐盟成立了國際頂尖的 5G創(chuàng)新中心。在 2020 年移動世界大會上，歐盟委員會和歐洲的技術(shù)行業(yè)提出了關(guān)于發(fā)展歐洲 5G 網(wǎng)絡(luò) 通信技術(shù)和構(gòu)建 5G網(wǎng)絡(luò) 基礎(chǔ)設(shè)施的愿景。一年后，歐洲數(shù)字經(jīng)濟(jì)與社會事務(wù)專員在 2020 年移動世界大會上宣布，歐洲已經(jīng)開始制定一這項行動計劃，到 2020 年在歐盟部署 5G 網(wǎng)絡(luò) 技術(shù)。 2020年 7 月，歐洲的通信行業(yè)發(fā)布了《 5G 宣言》， 11 月 10 日發(fā)布了歐洲 5G 網(wǎng)絡(luò) 頻譜戰(zhàn)略，確定 5G 網(wǎng)絡(luò) 初期頻譜部署計劃。 日本： 2020 年 10 月，日本的無線工業(yè)和商貿(mào)聯(lián)會設(shè)立了 5G研究組 ,研究 5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成與無線接入技術(shù)。 2020 年 5 月，日本 NTT 其他各國的通信企業(yè)展開 5G網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合實(shí)驗，并在 2020 年 11 月，該公司實(shí)施的 5G 網(wǎng)絡(luò) 試驗中，在商業(yè)區(qū)以 70GHz 頻段接收到信號，實(shí)現(xiàn)了超過 2Gbit/s 無線傳輸。 韓國： 2020 年 6 月韓國成立 5G 論壇，并提出 5G 網(wǎng)絡(luò) 發(fā)展戰(zhàn)略。 2020 年 1 月，韓國宣布投資 萬億韓元用以 5G 網(wǎng)絡(luò) 核心技術(shù)的開發(fā)。 2020 年 7 月，韓國電信和美國Verizon 運(yùn)營商在關(guān)于 5G移動通信網(wǎng)絡(luò)中形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，加速了韓國 5G 移動通信網(wǎng)絡(luò)的商業(yè)化。 2020 年 10 月，韓國的移動運(yùn)營商 SK 電訊聲明，將在韓國成立 5G 移動通信網(wǎng)絡(luò)研討中心。 中國： 2020年 2月，我國政府部門工業(yè)和信息部、科技部成立了 “IMT2020推進(jìn)組 ”，提出中國將在 5G 網(wǎng)絡(luò) 標(biāo)準(zhǔn)制定中，發(fā)揮主導(dǎo)作用的目標(biāo)。 2020 年 1 月，我國臺灣地區(qū)進(jìn)行了 5G網(wǎng)絡(luò) 發(fā)展產(chǎn)業(yè)和策略會議，并成立了專門的部門來推進(jìn) 5G網(wǎng)絡(luò) 的長期發(fā)展。2020 年 5 月 31 日，由美洲 5G America、日本 5GMF、韓國 5G論壇、歐盟 5G PPP、中國 IMT2020 推進(jìn)組聯(lián)合主辦的第一屆國際性的 5G 大會在北京召開。 2017 年 1 月，由我國工業(yè)和信息部發(fā)表的《信息通信行業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中明確指出，支持 5G 網(wǎng)絡(luò) 研究和相關(guān)技術(shù)測試，加快 5G 網(wǎng)絡(luò) 頻譜規(guī)劃。 2017 年 3 月，政府工作報告中指出要加快 5G網(wǎng)絡(luò) 技術(shù)研發(fā)。 論文內(nèi)容與組織結(jié)構(gòu) 本篇論文主要是介紹 5G 移動通信系統(tǒng)的概念并分析和對比 5G 網(wǎng)絡(luò) 的無線關(guān)鍵技術(shù)。 第一章 主要 介紹本文選題的目的和意義，簡單的介紹了通信領(lǐng)域的發(fā)展，現(xiàn)在國際上各國和各組織對 5G 移動通信網(wǎng)絡(luò)的研究與進(jìn)展。 第二章專門對 5G 網(wǎng)絡(luò) 進(jìn)行了介紹，什么是 5G 網(wǎng)絡(luò) 、 5G 網(wǎng)絡(luò) 的標(biāo)志、 5G 網(wǎng)絡(luò) 的技術(shù)指標(biāo)、應(yīng)用場景、技術(shù)方向、還有 5G 網(wǎng)絡(luò) 所面臨的挑戰(zhàn)。 第三章將介紹 四種 5G 移動通信系統(tǒng) 潛在的 無線關(guān)鍵 技術(shù)，并進(jìn)行應(yīng)用場景、技術(shù)優(yōu)勢、面臨的挑戰(zhàn)上的分析，使閱讀本篇 論文的各位學(xué)者對大規(guī)模天線技術(shù)、全頻段接入技術(shù)、超密集組網(wǎng)技術(shù)和新型多址有所認(rèn)知。 第四章將前面所提到的 大 規(guī)模天線技術(shù)專門提出來進(jìn)行較為詳細(xì)的分析， 將其系統(tǒng)模型與 傳統(tǒng)的天線技術(shù)進(jìn)行對比，并從大規(guī)模天線系統(tǒng)的頻譜 效率 ，傳輸 過程 等方面進(jìn)行研究，將其與傳統(tǒng)的天線技術(shù) MIMO 技術(shù)進(jìn)行對比，說明大規(guī)模天線技術(shù)所 具 有 的優(yōu)勢。 3 第五章為全文總結(jié)，總結(jié)本文所介紹 的內(nèi)容 與進(jìn)行 的工作 。 4 第 2 章 5G 移動通信網(wǎng)絡(luò) 5G 網(wǎng)絡(luò) 簡介 5G 網(wǎng)絡(luò) 是指第五代移動通信 網(wǎng)絡(luò)。 5G 移動通信網(wǎng)絡(luò)將會形成一個萬物連接的系統(tǒng)，創(chuàng)建一個完全移動和完全關(guān)聯(lián)的社會。 5G 網(wǎng)絡(luò) 主要包括生態(tài)，客戶和商業(yè)模式三個方面，在 5G 移動通信網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中將 軟件和硬件 分開研究 ，并引入數(shù)據(jù)中心 的 云化， 虛擬化的 概念 [3]。 到 目前還 沒有官方的 5G 網(wǎng)絡(luò) ， 也沒有全球 統(tǒng)一的 標(biāo)準(zhǔn)，盡管它們正在進(jìn)行中。具體標(biāo)準(zhǔn)可能因源而異 ，但都指向相同類型的改進(jìn)：更快的速度，更高 的容量，更高的可靠性，更低的延遲。 5G 網(wǎng)絡(luò) 的預(yù)期速度 范圍為千兆位到 幾十千兆，但在這個時候，我們還不知道真正的 5G 網(wǎng)絡(luò) 將如何 。 5G 移動通信網(wǎng)絡(luò) 將對智能技術(shù)產(chǎn)生巨大影響，其速度，延遲，網(wǎng)絡(luò)彈性和電力消耗都有所改善，特別是允許各種設(shè)備和傳感器實(shí)時有效地通信。 5G 網(wǎng)絡(luò) 會 使 物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用成本 降低很多 。 Verizon，英特爾，高通，華為，愛立信，三星等企業(yè) 已經(jīng) 在為 5G 網(wǎng)絡(luò) 技術(shù)進(jìn)行各方面的測試，這些測試結(jié)果 將影響 到 5G 的標(biāo)準(zhǔn) 的制定 。 5G 移動通信網(wǎng)絡(luò)的將會使用毫米波來 傳輸 信息 ，這是 5G 移動通信網(wǎng)絡(luò)提升速度的關(guān)鍵。由于毫米波的波長短，能夠縮小 發(fā)射 天線 和接收信 天線的尺寸，這 為大規(guī)模天線系統(tǒng)的部署提供了支持。 2017 年 2 月 9 日 ，國際通信標(biāo)準(zhǔn)組織 公布了 5G 移動通信 網(wǎng)絡(luò)的 Logo。 如圖 所示 圖 5G的 Logo 5G 應(yīng)用場景 5G 網(wǎng)絡(luò) 的應(yīng)用場景如圖 所示，所有事物都相互關(guān)聯(lián)，人與事物，事物與事物連接。數(shù)據(jù)云化，遠(yuǎn)程操作不再受空間的約束。 VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）、 AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）等將成為主流 的設(shè)備 ，無人駕駛車輛將會真正實(shí)現(xiàn)。獲取內(nèi)容的方式更多將是視頻，直播等形式。正如兩個世紀(jì)前工業(yè)革命期間新技術(shù)的出現(xiàn)在改變了我們的生活，今天我們正在經(jīng)歷另一次技術(shù)革命， 5G 網(wǎng)絡(luò) 將使我們的城市環(huán)境現(xiàn)代化，以配合我們的生活 [4]。 5 圖 5G 網(wǎng)絡(luò) 應(yīng)用場景 車聯(lián)網(wǎng) 無人 駕駛。 當(dāng)我們 做在 車 上 時，汽車可以自動檢測出路上的風(fēng)險，如果汽車行駛時離 前方 車 輛 很近，將會降低駕駛速度到安全距離 。 而且 在車輛并行 的過程， 能判斷和自動調(diào)整 左右車的 距離 ，大大提高交通安全。而在這種行駛中，需要具有超高速處理能力來處理 巨大 的 數(shù)據(jù)。這些將 5G 移動通信網(wǎng)絡(luò)中得以實(shí)現(xiàn)。 VR（虛擬現(xiàn)實(shí)） VR 已經(jīng)成為展覽的寵兒。但是現(xiàn)在 VR 還能不能融入我們的生活。只有當(dāng) 5G 網(wǎng)絡(luò) 時代到來后 VR 才有可能真正實(shí)現(xiàn)普及。 在 5G 網(wǎng)絡(luò) 時代 VR 將得到真正的利用，無線 VR 設(shè)備，只需要一個 頭戴 顯示器，便能夠隨時從云端獲取到內(nèi)容， VR 需要解決的關(guān)鍵問題是如何實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)行的游戲以及低延遲同步數(shù)據(jù)，這 需要 5G 網(wǎng)絡(luò) 所提供的高速度和低延時，在 5G 移動通信網(wǎng)絡(luò)的時代 VR 技術(shù)將會真正的應(yīng)用到生活。 遠(yuǎn)程醫(yī)療保健 遠(yuǎn)程醫(yī)療與保健，利用應(yīng)用程序來監(jiān)測身體的狀況，自動分析并匯報健康狀況，給出合理建議，自動調(diào)節(jié)減輕患者的壓力，特別是當(dāng)病人面臨突發(fā)情況時，可以利用 5G網(wǎng)絡(luò)的超高的可靠性和極低的延遲，遠(yuǎn)程控制對病人進(jìn)行簡單治療。 5G 網(wǎng)絡(luò) 技術(shù)將使遠(yuǎn)程醫(yī)療和保健將得到廣泛應(yīng)用。遠(yuǎn)程醫(yī)療保健可能徹底改變現(xiàn)代醫(yī)療機(jī)構(gòu)的運(yùn)作方式，醫(yī)療服務(wù)將與網(wǎng)絡(luò)密切相關(guān)，通過連接和裝備構(gòu)成遠(yuǎn)程醫(yī)療保健生態(tài)系統(tǒng)，使使患者病情能被及時采集并能分析得出結(jié)論。 6 物聯(lián)網(wǎng) 在關(guān)于 5G 網(wǎng)絡(luò) 討論中， 物聯(lián)網(wǎng)是最熱門的話題。人和機(jī)器間的通信將更加方便，幾乎沒有延遲。更高帶寬和速度，能使機(jī)器可以更快速地處理大量的命令并快速反饋。智能應(yīng)用也將在日常生活中隨處可見，如停車場，體育館，購物網(wǎng)站的智能轉(zhuǎn)型。 5G網(wǎng)絡(luò) 將帶給物聯(lián)網(wǎng)未來，實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)，智慧城市。 5G 網(wǎng)絡(luò)的要求 5G 網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)是提供一個很高的數(shù)據(jù)傳輸速率給眾多的用戶。它還支持模擬用于部署大量傳感器的連接。相比 4G， 5G 移動通信網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率有明顯的提升。電信領(lǐng)域一直在經(jīng)歷新一代移動網(wǎng)絡(luò)，幾乎每 10 年出現(xiàn) 1 代。預(yù)計在 5G 網(wǎng)絡(luò) 時代，通信網(wǎng)絡(luò)將擁有更高的峰值比特率，能同時處理更多的數(shù)據(jù)，連接更多的設(shè)備，更高的頻譜效率