5g移动通信网络中的关键技术

5g移动通信网络中的关键技术内容摘要：

................ 20 小结 ............................................................................................................... 20 总结 .............................................................................................................................. 22 参考文献 ...................................................................................................................... 23 致 谢 .......................................................................................................................... 25 外文原文 ...................................................................................................................... 26 中文翻译 ...................................................................................................................... 39 1 第 1 章 绪论 选题目的和意义 移动通信网络 发展到现在一共经历了 4 代，第一代是模拟技术，第二代实现了数字化语音通信，第三代是 3G 网络 ， 已经能够实现基本的多媒体通信，第四代是我们目前已经离不开的 4G 网络 ，其标志着无线宽带时代 的到来。 而本论文所研究的 5G 移动通信网络指的正是第五代移动通信网络 [1]。 4G 网络已经改变了我们的生活，使我们在能够足不出户的买到漂亮的服装和美味的食物，使我们能够更方便的远行，游玩，不再担心迷路或是无处可居。 5G 移动通信网络是 4G 网络的升级版， 5G 网络传输速度将会更快，传输功耗将会变得更低，成本也将更低，能够承载更多设备的接入。 5G 网络 将会开启一个全新的时代，它瞄准的不再仅仅是人与人之间的连接，更包括了人与物，物与物的连接，将会实现的是整个社会的全面互联。 随着 5G 网络 的到来， 每种类型的通信都会受到很大的影响。 新的 5G 移动通信网络，面对高吞吐量需求的不断增长，需要通过增加无线网络的数据量，提高质量和服务，并降低价格来 满足社会的需求，这些是 5G 网络的重要因素。 移动网络，医疗保健，互联网上的各种视频和音频，游戏，安全监控，以及我们生活的各个方面都将会利用 到5G 网络。 它也将在商业，工业，学校 和社会中发挥重要作用，改善大学生，医生，飞行员和警察的生活等等。 我们生活的地区 5G 网络 的最大优点之一是其能够建立全球网络。 这个全球网络是基于所有可用的通信。 考虑可穿戴设备的人造智能可用性， 可以帮助我们监测我们身体的活动，如心脏速率，血压和大脑的活动，并在线保持 与中央卫生保健中心的沟通。 5G 移动通信系统想要满足 2020 年的移动互联网，物联网的需求，最关键的两点：快速，低功耗。 而想要实现 这两点， 最重要的 是对 5G 网络 关键技术 的选择。 5G 移动通信 网络的实现需要足够的 技术支持，而 5G 网络 无线技术是支持 5G 网络成功构建的基石性技术，只有其 无线 关键技术确保达到目标，才有可能实现整个社区 5G 网络 的 覆盖。 5G 移动通信系统 所需要加强的主要是无线技术和网络架构两个方面。 本文主要讨论了 5G 网络 无线技术的潜在核心技术，根据国际主流组织机构发布的关于 5G 网络 的最新信息，将 5G 网络 所潜在 的 无线 关键技术，进行介绍，并选择其中之一，解释其原理，应用场景，优势和问题。 尽快明确 5G 网络 的概念，技术方向和其核心技术，这将对聚集全球产业力量，促进 5G 网络 的发展具有十分重要的意义 [2]。 国内外研究现状 移动通信具有全球统一的工业生态，形成国际统一的 5G 移动通信网络的标准已成为通信行业的共同声音。 国际电联于 2020 年推出了 5G网络 技术性能要求和评估方式，计划于 2017 年底开始 5G 网络 候选方案收集， 并且将在 2020 年底实现标准的制定。 同时国际上各个国家为了获得 5G 网络标准技术制定权，进行着激烈的竞争。 美国： 2020 年 7 月 ， 纽约大学设立了政府和商业组织的 5G 联盟。 2020 年 9 月 7日，美国移动企业 Verizon 宣布，开始 5G通信网络的试用，并在 2017 年于美国一些城市使用。 2020 年 7 月，美国通信委员会宣布，将 为 5G 网络 通信开通 24 GHz 以上的频 2 段，并发布无线电通信研究计划（ AWRI），以促进 5G 网络 研究与发展，并确定未来七年 投资 4 亿美元用于 5G 通信网络的研究，并且 AWRI 将在 FCC 允许的 5G网络 频率范围内，在 4 个城市中进行 5G 网络 试验。 欧盟： 2020 年 9 月，欧盟成立了国际顶尖的 5G创新中心。 在 2020 年移动世界大会上，欧盟委员会和欧洲的技术行业提出了关于发展欧洲 5G 网络 通信技术和构建 5G网络 基础设施的愿景。 一年后，欧洲数字经济与社会事务专员在 2020 年移动世界大会上宣布，欧洲已经开始制定一这项行动计划，到 2020 年在欧盟部署 5G 网络 技术。 2020年 7 月，欧洲的通信行业发布了《 5G 宣言》， 11 月 10 日发布了欧洲 5G 网络 频谱战略，确定 5G 网络 初期频谱部署计划。 日本： 2020 年 10 月，日本的无线工业和商贸联会设立了 5G研究组 ,研究 5G网络系统构成与无线接入技术。 2020 年 5 月，日本 NTT 其他各国的通信企业展开 5G网络联合实验，并在 2020 年 11 月，该公司实施的 5G 网络 试验中，在商业区以 70GHz 频段接收到信号，实现了超过 2Gbit/s 无线传输。 韩国： 2020 年 6 月韩国成立 5G 论坛，并提出 5G 网络 发展战略。 2020 年 1 月，韩国宣布投资 万亿韩元用以 5G 网络 核心技术的开发。 2020 年 7 月，韩国电信和美国Verizon 运营商在关于 5G移动通信网络中形成统一标准，加速了韩国 5G 移动通信网络的商业化。 2020 年 10 月，韩国的移动运营商 SK 电讯声明，将在韩国成立 5G 移动通信网络研讨中心。 中国： 2020年 2月，我国政府部门工业和信息部、科技部成立了 “IMT2020推进组 ”，提出中国将在 5G 网络 标准制定中，发挥主导作用的目标。 2020 年 1 月，我国台湾地区进行了 5G网络 发展产业和策略会议，并成立了专门的部门来推进 5G网络 的长期发展。 2020 年 5 月 31 日，由美洲 5G America、日本 5GMF、韩国 5G论坛、欧盟 5G PPP、中国 IMT2020 推进组联合主办的第一届国际性的 5G 大会在北京召开。 2017 年 1 月，由我国工业和信息部发表的《信息通信行业发展规划》中明确指出，支持 5G 网络 研究和相关技术测试，加快 5G 网络 频谱规划。 2017 年 3 月，政府工作报告中指出要加快 5G网络 技术研发。 论文内容与组织结构 本篇论文主要是介绍 5G 移动通信系统的概念并分析和对比 5G 网络 的无线关键技术。 第一章 主要 介绍本文选题的目的和意义，简单的介绍了通信领域的发展，现在国际上各国和各组织对 5G 移动通信网络的研究与进展。 第二章专门对 5G 网络 进行了介绍，什么是 5G 网络 、 5G 网络 的标志、 5G 网络 的技术指标、应用场景、技术方向、还有 5G 网络 所面临的挑战。 第三章将介绍 四种 5G 移动通信系统 潜在的 无线关键 技术，并进行应用场景、技术优势、面临的挑战上的分析，使阅读本篇 论文的各位学者对大规模天线技术、全频段接入技术、超密集组网技术和新型多址有所认知。 第四章将前面所提到的 大 规模天线技术专门提出来进行较为详细的分析， 将其系统模型与 传统的天线技术进行对比，并从大规模天线系统的频谱 效率 ，传输 过程 等方面进行研究，将其与传统的天线技术 MIMO 技术进行对比，说明大规模天线技术所 具 有 的优势。 3 第五章为全文总结，总结本文所介绍 的内容 与进行 的工作。 4 第 2 章 5G 移动通信网络 5G 网络 简介 5G 网络 是指第五代移动通信 网络。 5G 移动通信网络将会形成一个万物连接的系统，创建一个完全移动和完全关联的社会。 5G 网络 主要包括生态，客户和商业模式三个方面，在 5G 移动通信网络当中将 软件和硬件 分开研究 ，并引入数据中心 的 云化， 虚拟化的 概念 [3]。 到 目前还 没有官方的 5G 网络 ， 也没有全球 统一的 标准，尽管它们正在进行中。 具体标准可能因源而异 ，但都指向相同类型的改进：更快的速度，更高 的容量，更高的可靠性，更低的延迟。 5G 网络 的预期速度 范围为千兆位到 几十千兆，但在这个时候，我们还不知道真正的 5G 网络 将如何。 5G 移动通信网络 将对智能技术产生巨大影响，其速度，延迟，网络弹性和电力消耗都有所改善，特别是允许各种设备和传感器实时有效地通信。 5G 网络 会 使 物联网的应用成本 降低很多。 Verizon，英特尔，高通，华为，爱立信，三星等企业 已经 在为 5G 网络 技术进行各方面的测试，这些测试结果 将影响 到 5G 的标准 的制定。 5G 移动通信网络的将会使用毫米波来 传输 信息 ，这是 5G 移动通信网络提升速度的关键。 由于毫米波的波长短，能够缩小 发射 天线 和接收信 天线的尺寸，这 为大规模天线系统的部署提供了支持。 2017 年 2 月 9 日 ，国际通信标准组织 公布了 5G 移动通信 网络的 Logo。 如图 所示 图 5G的 Logo 5G 应用场景 5G 网络 的应用场景如图 所示，所有事物都相互关联，人与事物，事物与事物连接。 数据云化，远程操作不再受空间的约束。 VR（虚拟现实）、 AR（增强现实）等将成为主流 的设备 ，无人驾驶车辆将会真正实现。 获取内容的方式更多将是视频，直播等形式。 正如两个世纪前工业革命期间新技术的出现在改变了我们的生活，今天我们正在经历另一次技术革命， 5G 网络 将使我们的城市环境现代化，以配合我们的生活 [4]。 5 图 5G 网络 应用场景 车联网 无人 驾驶。 当我们 做在 车 上 时，汽车可以自动检测出路上的风险，如果汽车行驶时离 前方 车 辆 很近，将会降低驾驶速度到安全距离。 而且 在车辆并行 的过程， 能判断和自动调整 左右车的 距离 ，大大提高交通安全。 而在这种行驶中，需要具有超高速处理能力来处理 巨大 的 数据。 这些将 5G 移动通信网络中得以实现。 VR（虚拟现实） VR 已经成为展览的宠儿。 但是现在 VR 还能不能融入我们的生活。 只有当 5G 网络 时代到来后 VR 才有可能真正实现普及。 在 5G 网络 时代 VR 将得到真正的利用，无线 VR 设备，只需要一个 头戴 显示器，便能够随时从云端获取到内容， VR 需要解决的关键问题是如何实现高速运行的游戏以及低延迟同步数据，这 需要 5G 网络 所提供的高速度和低延时，在 5G 移动通信网络的时代 VR 技术将会真正的应用到生活。 远程医疗保健 远程医疗与保健，利用应用程序来监测身体的状况，自动分析并汇报健康状况，给出合理建议，自动调节减轻患者的压力，特别是当病人面临突发情况时，可以利用 5G网络的超高的可靠性和极低的延迟，远程控制对病人进行简单治疗。 5G 网络 技术将使远程医疗和保健将得到广泛应用。 远程医疗保健可能彻底改变现代医疗机构的运作方式，医疗服务将与网络密切相关，通过连接和装备构成远程医疗保健生态系统，使使患者病情能被及时采集并能分析得出结论。 6 物联网 在关于 5G 网络 讨论中， 物联网是最热门的话题。 人和机器间的通信将更加方便，几乎没有延迟。 更高带宽和速度，能使机器可以更快速地处理大量的命令并快速反馈。 智能应用也将在日常生活中随处可见，如停车场，体育馆，购物网站的智能转型。 5G网络 将带给物联网未来，实现万物互联，智慧城市。 5G 网络的要求 5G 网络的目标是提供一个很高的数据传输速率给众多的用户。 它还支持模拟用于部署大量传感器的连接。 相比 4G， 5G 移动通信网络的频谱效率有明显的提升。 电信领域一直在经历新一代移动网络，几乎每 10 年出现 1 代。 预计在 5G 网络 时代，通信网络将拥有更高的峰值比特率，能同时处理更多的数据，连接更多的设备，更高的频谱效率。