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5G无线传输的关键技术

作者：杨大为胡娟

来源：《电子技术与软件工程》2017年第08期

摘要

在移动通信技术飞速发展的背景下，研究5G移动通信技术对于我国经济的发展具有十分

重要的意义。本文从无线传输技术角度深入介绍了5G潜在关键技术及最新进展，分析了其中

一些关键无线传输技术的优缺点及未来可能的研究方向。最后，对5G无线传输技术面临的问

题进行了剖析，及其未来发展趋势进行探索。

【关键词】5G无线传输关键技术

引言1

概念的提出最早可以追溯到5G2000年的中后期，早在全球规模部署4G网络时，5G研发

已经成为业界关注和争夺的焦点。行业中讨论5G可能包含的概念：高于10Gbps的数据速

率，至少高于4G技术10倍；覆盖中更统一的用户体验；极低的延迟，低于1ms，比4G的低

10倍，以实现系统更高的实时性控制；使用高频，在5GHz以上包括毫米波（30GHz以及更高

的GHz）；宽的无线信道，1～2GHz，甚至更宽；无线更为灵活；更多元素的天线阵列；用户

设备和多个基站之间的同步连接，跨越多种接入技术和频率；先进的频谱共享技术；上下感知

的网络，在该网络自动执行基于用户位置或活动的功能；适用于新兴的设备对设备（D2D）通

信的部署。

其中无线部分需要考虑的技术有：先进的干扰管理、大规模多天线技术、安全、调制解

调、编解码、毫米波技术等。本文从无线传输的角度介绍分析了5G一些潜在的关键技术，阐

述学术界具有代表性的一些观点。

25G无线传输关键技术

大规模2.1多天线技术

贝尔实验室的Thomas在2010年底的《无线通信》中提出了5G中的大规模多天线的概

念。所谓大规模多天线是一种多入多出（MIMO，multipleinputandmultipleoutput）的通信系

统，在此系统中基站天线数目远高于终端天线数目，通过建立极大数目信道到达终端实现信号

的高速传输，并且通过大规模多天线的建设简化物理层设计实现信号的低时延传输。大规模多

天线的应用场景如图1所示。小区为宏蜂窝和微蜂窝并存，场景分为室内和室外两种，基站天

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线数可以趋于无限大，同时用户天线数目也可以增大。大规模多天线技术在整个5G系统中会

带来以下优点：

（1）大规模多天线多入多出系统的空间分辨率被极大提升了。大规模多天线技术可以在

没有基站分裂的条件下实现空间资源的深度挖掘。

（2）波束赋形技术能够让能量极小的波束集中在一块小型区域，因此干扰能够被极大地

减少。

（3）相比于单一天线系统，大规模多天线技术能够通过不同的维度（空域、时域、频

域、极化域）提升频谱利用效率和能量利用效率。

有此诸多可实现的优点，大规模多天线技术被认为是5G中的一项关键可行技术。

大规模多天线技术是一种结合了通信理论、电磁传播理论等领域的全新研究领域。为实现

此项技术仍有一系列问题需要克服。例如当小区内采用正交的导频序列、小区间采用相同的导

频序列组时，存在导频污染问题。由于导频污染的存在，使上、下行数据传输的信干比

（SIR，signaltointerferenceratio）不能随着基站天线数增加而增加。同时，需要对特殊的实际

场景下大规模多天线和测试模型进行信道测量工作，以充分利用潜在的技术优势。另一方面，

在基站侧部署大规模多天线技术会带来大量成本开销。在实际场景中，由于设计和完成大规模

多天线需要灵活地适应复杂的天线电环境。

大规模多天线技术是一种同时提升系统容量和峰值速率、减少能量消耗和传输时延的潜在

可行关键技术。但是直到现在，大规模多天线系统的设计和工程也面临着上述一系列关键技术

问题带来的挑战。

信2.2道建模

信道建模通过对无线环境的抽象性描述，可用一系列的参数来表征无线环境的物理特征，

进而准确刻画出无线信号的传播机制，是评估无线技术性能的最有效手段之一。由于MIMO

技术的应用，信道模型由时——频俩个维度扩展成空——时——频这三个维度。

随着5G技术的发展，信道建模也表现出了一些新特征。

空间连续性与移动性。由于D2D技术发送端和