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5G网络愿景与面临的挑战 　　摘 要：SG网络具有3个独特的特点：无处不在的连通性，非常低的延迟和非常高速的数据传输。文章阐述了SG网络的愿景，主要有海量数据流和高数据速率，无处不在的连接和零延迟。此外，从可扩展性和灵活性，低延迟和高可靠性，网络性能优化和服务质量等方面，讨论了SG网络面临的挑战。 　　关键词：SG网络；高数据速率；低延迟；网络性能优化 　　4G网络不足以支持具有低延迟和显著频谱效率的大规模连接设备，这对未来的通信和计算将是至关重要的。一些文献讨论了传统蜂窝网络远远落后的关键方面，从而激励了5G网络的演进。 　　对于大量数据传输而言，用户数量的增加和相应的带宽需求激增，势必要对当前技术进行新颖的增强。本文重点讨论未来SG网络的愿景和面临的挑战。 　　1 5G网络的愿景 　　设备可扩展性急剧上升。预计智能手机、游戏机、高分辨率电视机、照相机、家用电器、笔记本电脑、连接运输系统、视频监控系统、机器人、传感器和可穿戴设备（手表和眼镜）的快速增长有望在不远的将来持续呈指数增长。因此，5G网络被认为支持大规模连接的设备。 　　1.1 海量数据流和高数据速率 　　大量无线设备的大幅增长当然会导致更多的数据交易（例如视频、音频、网页浏览、社交媒体数据、游戏、实时信号、照片、突发数据和多媒体），这将比2014年增加100倍，并会使当前的网络负担过重。因此，在新的架构、方法、技术以及室内和室外用户的数据分布方面，必须具有匹配的数据传输能力。 　　1.2 频谱利用率 　　从频谱利用的角度来看，两个不同的信道，一个用于上行信道（Uplink Channel，UL），另一个用于下行信道（Downlink Channel，DL），似乎是多余的。此外，目前分配的频谱其重要的部分有利用不足的问题。因此，有必要开发一种可以提高频谱利用率的接入控制方法。此外，频谱利用率和效率已经达到最大，它明确要求频谱展宽（高于3 GHz）以及新的频谱利用技术。 　　1.3 无处不在的连接 　　由于全球不相同的操作频带，无处不在的连接要求用户支持各种无线电，多无线电接入技术和频带。另外，时分双工（例如印度和中国）与频分双工（例如美国和欧洲）之间的主要市场分裂，使得用户需要支持不同的双工选项。因此，5G网络被设想为通过异构网络的用户提供无缝连接。 　　1.4 零延迟 　　未来移动蜂窝网络有望协助众多实时应用，触觉互联网，服务各不相同的服务质量（QoS）（在带宽、延迟、抖动、分组丢失和数据包延迟）和QoE（就用户和网络提供商的服务满意度与反馈而言）。因此，5G网络被设想为实现具有最优的QoS和QoE体验的实时和延迟有限的服务。 　　2 5G网络面临的挑战 　　5G网络的愿景并不是微不足道的，存在一些挑战，如下所述。 　　2.1 数据速率和网络容量扩展以及能量优化 　　在一个地理区域内部署更多的基站，使用更高频率的频段，以及链路改善可支持网络容量扩展，数十亿个用户，高数据速率，高数据量以及有效的回程数据传输到核心网络。然而，这些解决方案的实施在经济和能量摄入方面是一项麻烦的工作。因此，网络容量需要显著增加，严格控制能源消耗和成本。 　　2.2 可扩展性和灵活性是未来移动通信最突出的特点 　　未来的蜂窝基础设施和方法必须设计为在异构无线网络中工作。而且，大量的潜在用户可能同时请求一组服务。因此，5G网络必须足够强大，以支持整个覆盖区域的可扩展用户需求。 　　2.3 UL和DL的单通道 　　全双工无线电仅使用单个信道以相同的时间和频率发送和接收信号。因此，全双工系统具有与不同的UL和DL信道相同的性能，从而增加了连接容量，节省频谱和成本。然而，全双工系统的实现并不是微不足道的，因为现在无线电必须使用复杂的协议来处理物理层和数据链路层，以及去除干扰影响的机制。 　　2.4 处理干扰 　　处理通信设备间的干扰是无线通信中众所周知的挑战。由于越来越多的用户、技术（如HetNet，CRN，全双工和D2D通信）和应用，SG网络中的干扰也会增加，并且最先进的技术对未来的蜂窝网络，可能无法很好地发挥作用。在5G网络中，用户可能接收来自多个宏小区基站（MultipleBase Stations，MBS）各种用户和微小区基站（Small BaseStations，SBS）的干扰。因此，需要开发一个有效的（在避免网络过载方面）以及可靠的（在完善的干扰检测和解码方面）干扰管理技术用于信道分配、功率控制、小区关联、负载均衡等。 　　2.5 环保 　　目前的无线接入网络（Radio Access Network，RAN）消耗总功率的70%～80%。无线技术消耗大量的能量，导致巨大的二氧化碳排放量和成本，这是对环境的严重威胁。因此，需要开发高效