【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 。根據(jù)信息論, 天線數(shù)量越多, 頻譜效率和可靠性提升越明顯。尤其是, 當(dāng)發(fā)射天線和接收天線數(shù)量很大時(shí), MIMO 信道容量將隨收發(fā)天線數(shù)中的最小值近似線性增長(zhǎng)。因此, 采用大數(shù)量的天線, 為大幅度提高系統(tǒng)的容量提供了一個(gè)有效的途徑。由于多天線所占空間、實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度等技術(shù)條件的限制, 目前的無線通信系統(tǒng)中, 收發(fā)端配置的天線數(shù)量都不多, 比如在 LTE 系統(tǒng)中最多采用了 4 根天線, LTEA 系統(tǒng)中最多采用了 8 根天線但由于其巨大的容量和可靠性增益, 針對(duì)大天線數(shù)的 MIMO 系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的研究吸引了研究人員的關(guān)注, 如單個(gè)小區(qū)情況下, 基站配有大大超過移動(dòng)臺(tái)天線數(shù)量的天線的多用戶 MIMO 系統(tǒng)的研究等進(jìn)而, 2010 年, 貝爾實(shí)驗(yàn)室的Marzetta研究了多小區(qū)、TDD(time division duplexing)情況下, 各基站配置無限數(shù)量天線的極端情況的多用戶 MIMO 技術(shù), 提出了大規(guī)模 MIMO(large scale MIMO, 或者稱 Massive MIMO)的概念發(fā)現(xiàn)了一些與單小區(qū)、有限數(shù)量天線時(shí)的不同特征。之后, MIMO 中, 基站配置數(shù)量非常大(通常幾十到幾百根, 是現(xiàn)有系統(tǒng)天線數(shù)量的 1～2 個(gè)數(shù)量級(jí)以上)的天線, 在同一個(gè)時(shí)頻資源上同時(shí)服務(wù)若干個(gè)用戶。在天線的配置方式上, 這些天線可以是集中地配置在一個(gè)基站上, 形成集中式的大規(guī)模 MIMO, 也可以是分布式地配置在多個(gè)節(jié)點(diǎn)上, 形成分布式的大規(guī)模 MIMO。值得一提的是, 我國(guó)學(xué)者在分布式 MIMO 的研究一直走在國(guó)際的前列。大規(guī)模 MIMO 帶來的好處主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面: 第一, 大規(guī)模 MIMO 的空間分辨率與現(xiàn)有MIMO相比顯著增強(qiáng), 能深度挖掘空間維度資源, 使得網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)用戶可以在同一時(shí)頻資源上利用大規(guī)模 MIMO 提供的空間自由度與基站同時(shí)進(jìn)行通信, 從而在不需要增加基站密度和帶寬的條件下大幅度提高頻譜效率。第二, 大規(guī)模 MIMO 可將波束集中在很窄的范圍內(nèi), 從而大幅度降低干擾。第三, 可大幅降低發(fā)射功率, 當(dāng)天線數(shù)量足夠大時(shí), 最簡(jiǎn)單的線性預(yù)編碼和線性檢測(cè)器趨于最優(yōu), 并且噪聲和不相關(guān)干擾都可忽略不計(jì)。（2）基于濾波器組的多載波技術(shù)由于在頻譜效率、對(duì)抗多徑衰落、低實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度等方面的優(yōu)勢(shì), OFDM(orthogonal frequency division multiplexing)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各類無線通信系統(tǒng),如 WiMaX、LTE和LTEA系統(tǒng)的下行鏈路,但 OFDM 技術(shù)也存在很多不足之處。比如, 需要插入循環(huán)前綴以對(duì)抗多徑衰落,從而導(dǎo)致無線資源的浪費(fèi)；對(duì)載波頻偏的敏感性高, 具有較高的峰均比。另外, 各子載波必須具有相同的帶寬, 各子載波之間必須保持同步, 各子載波之間必須保持正交等, 限制了頻譜使用的靈活性。此外,由于OFDM技術(shù)采用了方波作為基帶波形,載波旁瓣較大,從而在各載波同步不能嚴(yán)格保證的情況下使得相鄰載波之間的干擾比較嚴(yán)重。在 5G 系統(tǒng)中, 由于支撐高數(shù)據(jù)速率的需要, 將可能需要高達(dá) 1 GHz 的帶寬。但在某些較低的頻段, 難以獲得連續(xù)的寬帶頻譜資源, 而在這些頻段, 某些無線傳輸系統(tǒng), 如電視系統(tǒng)中, 存在一些未被使用的頻譜資源(空白頻譜).但是, 這些空白頻譜的位置可能是不連續(xù)的, 并且可用的帶寬也不一定相同, 采用 OFDM 技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)對(duì)這些可用頻譜的使用。靈活有效地利用這些空白的頻譜, 是 5G 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要問題。為了解決這些問題, 尋求其他多載波實(shí)現(xiàn)方案引起了研究人員的關(guān)注其中, 基于濾波器組的多載波(FBMC, filterbank based multicarrier)實(shí)現(xiàn)方案是被認(rèn)為是解決以上問題的有效手段, 被我國(guó)學(xué)者最早應(yīng)用于國(guó)家 863 計(jì)劃后 3G 試驗(yàn)系統(tǒng)中。濾波器組技術(shù)起源于 20 世紀(jì) 70 年代, 并在20世紀(jì) 80 年代開始受到關(guān)注, 現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于圖像處理、雷達(dá)信號(hào)處理、通信信號(hào)處理等諸多領(lǐng)域。在基于濾波器組的多載波技術(shù)中, 發(fā)送端通過合成濾波器組來實(shí)現(xiàn)多載波調(diào)制, , 其中各個(gè)成員濾波器都是由原型濾波器經(jīng)載波調(diào)制而得到的調(diào)制濾波器與 OFDM 技術(shù)不同, FBMC 中, 由于原型濾波器的沖擊響應(yīng)和頻率響應(yīng)可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)計(jì), 各載波之間不再必須是正交的, 不需要插入循環(huán)前綴；能實(shí)現(xiàn)各子載波帶寬設(shè)置、各子載波之間的交疊程度的靈活控制, 從而可靈活控制相鄰子載波之間的干擾, 并且便于使用一些零散的頻譜資源；各子載波之間不需要同步, 同步、信道估計(jì)、檢測(cè)等可在各資載波上單獨(dú)進(jìn)行處理, 因此尤其適合于難以實(shí)現(xiàn)各用戶之間嚴(yán)格同步的上行鏈路。但另一方面, 由于各載波之間相互不正交, 子載波之間存在干擾；采用非矩形波形, 導(dǎo)致符號(hào)之間存在時(shí)域干擾, 需要通過采用一些技術(shù)來進(jìn)行干擾的消除。（3）全雙工技術(shù)全雙工通信技術(shù)指同時(shí)、, 網(wǎng)絡(luò)側(cè)和終端側(cè)存在固有的發(fā)射信號(hào)對(duì)接收信號(hào)的自干擾, 現(xiàn)有的無線通信系統(tǒng)中, 由于技術(shù)條件的限制, 不能實(shí)現(xiàn)同時(shí)同頻的雙向通信, 雙向鏈路都是通過時(shí)間或頻率進(jìn)行區(qū)分的, 對(duì)應(yīng)于 TDD 和 FDD 、同頻雙向通信, 理論上浪費(fèi)了一半的無線資源(頻率和時(shí)間)。由于全雙工技術(shù)理論上可提高頻譜利用率一倍的巨大潛力, 可實(shí)現(xiàn)更加靈活的頻譜使用, 同時(shí)由于器件技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展, 同頻同時(shí)的全雙工技術(shù)逐漸成為研究熱點(diǎn), 是 5G , 導(dǎo)致嚴(yán)重的自干擾(典型值為 70 dB), 因此實(shí)現(xiàn)全雙工技術(shù)應(yīng)用的首要問題是自干擾的抵消近年來, 研究人員發(fā)展了各類干擾抵消技術(shù), 包括模擬端干擾抵消、對(duì)已知的干擾信號(hào)的數(shù)字端干擾抵消及它們的混合方式、利用附加的放置在特定位置的天線進(jìn)行干擾抵消的技術(shù)等以及后來的一些改進(jìn)技術(shù)通過這些技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用, 在特定的場(chǎng)景下, 能消除大部分的自干擾。研究人員也開發(fā)了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng), 通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證全雙工技術(shù)的可行性。在部分條件下達(dá)到了全雙工系統(tǒng)理論容量的 90%左右。雖然這些實(shí)驗(yàn)證明了全雙工技術(shù)是可行的, 但這些實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)都基本是單基站、小終端數(shù)量的, 沒有對(duì)大量基站和大量終端的情況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證, 并且現(xiàn)有結(jié)果顯示, 全雙工技術(shù)并不能在所有條件下都獲得理想的性能增益。比如, 天線抵消技術(shù)中需要多個(gè)發(fā)射天線, 對(duì)大帶寬情況下的消除效果還不理想, 并且大都只能支持單數(shù)據(jù)流工作, 不能充分發(fā)揮 MIMO、的能力, 因此, 還不能適用于 MIMO 系統(tǒng)；MIMO 條件下的全雙工技術(shù)與半雙工技術(shù)的性能分析還大多是一些簡(jiǎn)單的、面向小天線數(shù)的仿真結(jié)果的比較, 特別是對(duì)大規(guī)模 MIMO 條件下的性能差異還缺乏深入的理論分析需要在建立更合理的干擾模型的基礎(chǔ)上對(duì)之進(jìn)行深入系統(tǒng)的分析；目前,對(duì)全雙工系統(tǒng)的容量分析大多是面向單小區(qū)、用戶數(shù)比較少, 并且是發(fā)射功率和傳輸距離比較小的情況,缺乏對(duì)多小區(qū)、大用戶數(shù)等條件下的研究結(jié)果, 因此在多小區(qū)大動(dòng)態(tài)范圍下的全雙工技術(shù)中的干擾消除技術(shù)、資源分配技術(shù)、組網(wǎng)技術(shù)、容量分析、與 MIMO 技術(shù)的結(jié)合, 以及大規(guī)模組網(wǎng)條件下的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證, 是需要深入研究的重要問題。（1）超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)由于5G系統(tǒng)既包括新的無線傳輸技術(shù),也包括現(xiàn)有的各種無線接入技術(shù)的后續(xù)演進(jìn), 5G網(wǎng)絡(luò)必然是多種無線接入技術(shù), 如 5G, 4G, LTE, UMTS(universal mobile telemunications system)和 WiFi(wireless fidelity)等共存, 既有負(fù)責(zé)基礎(chǔ)覆蓋的宏站, 也有承擔(dān)熱點(diǎn)覆蓋的低功率小站, 如Micro, Pico,Relay和Femto 等多層覆蓋的多無線接入技術(shù)多層覆蓋異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)在這些數(shù)量巨大的低功率節(jié)點(diǎn)中, 一些是運(yùn)營(yíng)商部署, 經(jīng)過規(guī)劃的宏節(jié)點(diǎn)低功率節(jié)點(diǎn)；更多的可能是用戶部署, 沒有經(jīng)過規(guī)劃的低功率節(jié)點(diǎn), 并且這些用戶部署的低功率節(jié)點(diǎn)可能是 OSG(open subscriber group)類型的,也可能是CSG(closed subscriber group)類型的, 從而使得網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜吞匦宰兊脴O為復(fù)雜。在超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中, 網(wǎng)絡(luò)的密集化使得網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)離終端更近, 帶來了功率效率、頻譜效率的提升, 大幅度提高了系統(tǒng)容量, 以及業(yè)務(wù)在各種接入技術(shù)和各覆蓋層次間分擔(dān)的靈活性。雖然超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)展示了美好的前景, 由于節(jié)點(diǎn)之間距離的減少, 將導(dǎo)致一些與現(xiàn)有系統(tǒng)不同的問題。在 5G 網(wǎng)絡(luò)中, 可能存在同一種無線接入技術(shù)之間同頻部署的干擾、不同無線接入技術(shù)之間由于共享頻譜的干擾、不同覆蓋層次之間的干擾, 如何解決這些干擾帶來的性能損傷, 實(shí)現(xiàn)多種無線接入技術(shù)、多覆蓋層次之間的共存, 是一個(gè)需要深入研究的重要問題由于近鄰節(jié)點(diǎn)傳輸損耗差別不大, 可能存在多個(gè)強(qiáng)度接近的干擾源, 導(dǎo)致更嚴(yán)重的干擾, 使現(xiàn)有的面向單個(gè)干擾源的干擾協(xié)調(diào)算法不能直接適用于 5G 系統(tǒng)；由于不同業(yè)務(wù)和用戶的 QoS(quality of service)要求的不同, 不同業(yè)務(wù)在網(wǎng)絡(luò)中的分擔(dān)、各類節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)同策略、網(wǎng)絡(luò)選擇、基于用戶需求的系統(tǒng)能效最低的小區(qū)激活、節(jié)能配置策略是保證系統(tǒng)性能的關(guān)鍵問題。為了實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的節(jié)點(diǎn)協(xié)作, 需要準(zhǔn)確、有效地發(fā)現(xiàn)大量的相鄰節(jié)點(diǎn)。由于小區(qū)邊界更多、更不規(guī)則, 導(dǎo)致更頻繁、更為復(fù)雜的切換, 難以保證移動(dòng)性性能, 因此, 需要針對(duì)超密集網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景發(fā)展新的切換算法。由于用戶部署的大量節(jié)點(diǎn)的突然、隨機(jī)的開啟和關(guān)閉, 使得網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜透蓴_圖樣隨機(jī)、大動(dòng)態(tài)范圍地動(dòng)態(tài)變化, 各小站中的服務(wù)用戶數(shù)量往往比較少,使得業(yè)務(wù)的空間和時(shí)間分布出現(xiàn)劇烈的動(dòng)態(tài)變化, 因此, 需要研究適應(yīng)這些動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)部署技術(shù)；站點(diǎn)的密集部署將需要龐大、復(fù)雜的回傳網(wǎng)絡(luò), 如果采用有線回傳網(wǎng)絡(luò), , 降低部署成本, 利用和接入鏈路相同的頻譜和技術(shù)進(jìn)行無線回傳傳輸, , 無線資源不僅為終端服務(wù), 而且為節(jié)點(diǎn)提供中繼服務(wù), 使無線回傳組網(wǎng)技術(shù)非常復(fù)雜, 因此, 無線回傳組網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù), 包括組網(wǎng)方式、無線資源管理等是重要的研究?jī)?nèi)容。（2）自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在傳統(tǒng)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中, 網(wǎng)絡(luò)部署、運(yùn)維等基本依靠人工的方式, 需要投入大量的人力, 給運(yùn)營(yíng)商帶來巨大的運(yùn)行成本。根據(jù)分析各大運(yùn)營(yíng)商的運(yùn)營(yíng)成本基本上占各自