《移動(dòng)通信技術(shù)》課件第9章 移動(dòng)通信發(fā)展展望

第9章移動(dòng)通信發(fā)展展望5G概況9.15G關(guān)鍵技術(shù)9.2我國(guó)5G移動(dòng)通信推進(jìn)及研發(fā)進(jìn)程9.3

隨著4G/LTE進(jìn)入規(guī)模商用，面向2020年及未來(lái)商用的第五代移動(dòng)通信(5G)已成為全球業(yè)界的研發(fā)重點(diǎn)。5G與4G、3G、2G不同，5G并不是一個(gè)單一的無(wú)線接入技術(shù)，也不是幾個(gè)全新的無(wú)線接入技術(shù)，而是多種新型無(wú)線接入技術(shù)和現(xiàn)有無(wú)線接入技術(shù)(4G后向演進(jìn)技術(shù))集成后的解決方案的總稱。從某種程度上講，5G是一個(gè)真正意義上的融合網(wǎng)絡(luò)，是傳輸速率可以達(dá)到10Gbps的移動(dòng)通信技術(shù)。9.1

5G概況

1.5G的研發(fā)背景

5G是面向2020年以后移動(dòng)通信需求而發(fā)展的新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)。根據(jù)移動(dòng)通信的發(fā)展規(guī)律，5G將具有超高的頻譜利用率和功效，在傳輸速率和資源利用率等方面較4G移動(dòng)通信提高一個(gè)量級(jí)或更高,其無(wú)線覆蓋性能、傳輸時(shí)延、系統(tǒng)安全和用戶體驗(yàn)也將得到顯著提高。從3G商用開始，智能終端大規(guī)模出現(xiàn)，改變了人們的工作和生活的方式，很多事情需要智能終端來(lái)完成。雖然全球已經(jīng)有100多億終端連接起來(lái)，但仍有90%的東西未被連接。因此，物聯(lián)網(wǎng)IoT(InternetofThings)才是未來(lái)最具需求的應(yīng)用，而不是現(xiàn)在所討論的音樂(lè)、視頻等，這就需要更高速的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)支撐。5G移動(dòng)通信將與其他無(wú)線移動(dòng)通信技術(shù)密切結(jié)合，構(gòu)成新一代無(wú)所不在的移動(dòng)信息網(wǎng)絡(luò)，滿足未來(lái)10年移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)流量增加1000倍的發(fā)展需求。2.5G的研發(fā)現(xiàn)狀5G已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外移動(dòng)通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。2013年初歐盟在第7框架計(jì)劃啟動(dòng)了面向5G研發(fā)的METIS(mobileandwirelesscommunicationsenablersforthe2020informationsociety)項(xiàng)目，由包括我國(guó)華為公司等29個(gè)參加方共同承擔(dān)；韓國(guó)和中國(guó)分別成立了5G技術(shù)論壇和IMT-2020(5G)推進(jìn)組，我國(guó)863計(jì)劃也分別于2013年6月和2014年3月啟動(dòng)了5G重大項(xiàng)目一期和二期研發(fā)課題。目前，世界各國(guó)正就5G的發(fā)展遠(yuǎn)景、應(yīng)用需求、候選頻段、關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)及使能技術(shù)進(jìn)行廣泛的研討，力求在2015年世界無(wú)線電大會(huì)前后達(dá)成共識(shí)，并于2016年后啟動(dòng)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程。

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展是5G移動(dòng)通信的主要驅(qū)動(dòng)力。5G移動(dòng)通信系統(tǒng)的主要發(fā)展目標(biāo)將是與其他無(wú)線移動(dòng)通信技術(shù)密切銜接，為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展提供無(wú)所不在的基礎(chǔ)性業(yè)務(wù)能力。按照目前業(yè)界的初步估計(jì)，包括5G在內(nèi)的未來(lái)無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)能力的提升將在3個(gè)維度上同時(shí)進(jìn)行：①通過(guò)引入新的無(wú)線傳輸技術(shù)將資源利用率在4G的基礎(chǔ)上提高10倍以上；②通過(guò)引入新的體系結(jié)構(gòu)（如超密集小區(qū)結(jié)構(gòu)等）和更加深度的智能化能力將整個(gè)系統(tǒng)的吞吐率提高25倍左右；

③進(jìn)一步挖掘新的頻率資源（如高頻段、毫米波與可見光等），使未來(lái)無(wú)線移動(dòng)通信的頻率資源擴(kuò)展4倍左右。5G技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)出新的如下特點(diǎn)：①5G研究在推進(jìn)技術(shù)變革的同時(shí)將更加注重用戶體驗(yàn)，網(wǎng)絡(luò)平均吞吐速率、傳輸時(shí)延以及對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)、3D、交互式游戲等新興移動(dòng)業(yè)務(wù)的支撐能力等將成為衡量5G系統(tǒng)性能的關(guān)鍵指標(biāo)。②與傳統(tǒng)的移動(dòng)通信系統(tǒng)理念不同，5G系統(tǒng)研究將不僅僅把點(diǎn)到點(diǎn)的物理層傳輸與信道編譯碼等經(jīng)典技術(shù)作為核心目標(biāo)，而是從更為廣泛的多點(diǎn)、多用戶、多天線、多小區(qū)協(xié)作組網(wǎng)作為突破的重點(diǎn)，力求在體系構(gòu)架上尋求系統(tǒng)性能的大幅度提高。③室內(nèi)移動(dòng)通信業(yè)務(wù)已占據(jù)應(yīng)用的主導(dǎo)地位，5G室內(nèi)無(wú)線覆蓋性能及業(yè)務(wù)支撐能力將作為系統(tǒng)優(yōu)先設(shè)計(jì)目標(biāo)，從而改變傳統(tǒng)移動(dòng)通信系統(tǒng)“以大范圍覆蓋為主、兼顧室內(nèi)”的設(shè)計(jì)理念。④高頻段頻譜資源將更多地應(yīng)用于5G移動(dòng)通信系統(tǒng)，但由于受到高頻段無(wú)線電波穿透能力的限制，無(wú)線與有線的融合、光載無(wú)線組網(wǎng)等技術(shù)將被更為普遍地應(yīng)用。⑤可“軟”配置的5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將成為未來(lái)的重要研究方向，運(yùn)營(yíng)商可根據(jù)業(yè)務(wù)流量的動(dòng)態(tài)變化實(shí)時(shí)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)資源，有效地降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)的成本和能源的消耗。3.5G的特點(diǎn)①速度快：5G峰值網(wǎng)絡(luò)的速率是10Gbps，按這個(gè)速度算，即便將現(xiàn)在的4GLTE網(wǎng)絡(luò)的最高速率提升至1Gbps，也只有5G網(wǎng)絡(luò)的十分之一。換言之，5G網(wǎng)絡(luò)的速度將是4G網(wǎng)絡(luò)的10倍。這意味待5G網(wǎng)絡(luò)商用后，著超高清視頻、3D電影、虛擬現(xiàn)實(shí)游戲等等應(yīng)用都將在你我手機(jī)中成為現(xiàn)實(shí)。②低延時(shí)：5G網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延時(shí)間是1ms。目前3G的時(shí)延是100ms，4G的時(shí)延20-30ms，這是5G之所以是5G而不是簡(jiǎn)單的4G升級(jí)的速度之外的原因?！暗脱訒r(shí)”是遠(yuǎn)程精確控制類（如自動(dòng)駕駛汽車）工業(yè)級(jí)應(yīng)用成功的關(guān)鍵，比如說(shuō)汽車的自動(dòng)駕駛，如果一個(gè)汽車開的速度是每小時(shí)120公里，1毫秒內(nèi)移動(dòng)的距離差不多是30cm，如果不是接近“零延時(shí)”的反應(yīng)，后果不堪設(shè)想。③高連接：5G網(wǎng)絡(luò)可以承載1000億個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接，這包括人與人相連、物與物相連、人與物相連，也就是一個(gè)更廣闊和開放的物聯(lián)網(wǎng)世界。5G網(wǎng)絡(luò)才能使物聯(lián)網(wǎng)得以真正的騰飛，能夠使包含人在內(nèi)的萬(wàn)物通過(guò)公用的網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)。5G網(wǎng)絡(luò)的高速率、低時(shí)延，是它能夠勝任物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵。④低能耗：5G能讓整個(gè)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的每比特能耗降低1000倍，這對(duì)運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)意味著一大筆成本節(jié)省，同時(shí)也符合綠色環(huán)保的新時(shí)代要求。技術(shù)的進(jìn)步，不應(yīng)以消耗更多的能源為代價(jià)，否則創(chuàng)新就失去了意義。9.2

5G關(guān)鍵技術(shù)

為提升其業(yè)務(wù)支撐能力，5G在無(wú)線傳輸技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方面將有新的突破。在無(wú)線傳輸技術(shù)方面，將引入能進(jìn)一步挖掘頻譜效率提升潛力的技術(shù)，如先進(jìn)的多址接入技術(shù)、多天線技術(shù)、編碼調(diào)制技術(shù)、新的波形設(shè)計(jì)技術(shù)等；在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)方面，將采用更靈活、更智能的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和組網(wǎng)技術(shù)，如采用控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離的軟件定義無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)、統(tǒng)一的自組織網(wǎng)絡(luò)(SON)、異構(gòu)超密集部署等。5G移動(dòng)通信標(biāo)志性的關(guān)鍵技術(shù)主要體現(xiàn)在超高效能的無(wú)線傳輸技術(shù)和高密度無(wú)線網(wǎng)絡(luò)(highden-sitywirelessnetwork)技術(shù)。其中基于大規(guī)模MIMO的無(wú)線傳輸技術(shù)將有可能使頻譜效率和功率效率在4G的基礎(chǔ)上再提升一個(gè)量級(jí)，該項(xiàng)技術(shù)走向?qū)嵱没闹饕款i問(wèn)題是高維度信道建模與估計(jì)以及復(fù)雜度控制。全雙工(fullduplex)技術(shù)將可能開辟新一代移動(dòng)通信頻譜利用的新格局。超密集網(wǎng)絡(luò)(ultradensenetwork，UDN)已引起業(yè)界的廣泛關(guān)注，網(wǎng)絡(luò)協(xié)同與干擾管理將是提升高密度無(wú)線網(wǎng)絡(luò)容量的核心關(guān)鍵問(wèn)題。

體系結(jié)構(gòu)變革將是新一代無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展的主要方向?，F(xiàn)有的扁平化SAE/LTE（SystemArchitectureEvolution，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)演進(jìn)/LongTermEvolution，長(zhǎng)期演進(jìn)）體系結(jié)構(gòu)促進(jìn)了移動(dòng)通信系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)的高度融合，高密度、智能化、可編程則代表了未來(lái)移動(dòng)通信演進(jìn)的進(jìn)一步發(fā)展趨勢(shì)，而內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（CDN）向核心網(wǎng)絡(luò)的邊緣部署，可有效減少網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)路由的負(fù)荷，并顯著改善移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)用戶的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。①超密集組網(wǎng)②智能化③可編程。④內(nèi)容分發(fā)邊緣化部署9.2.1無(wú)線傳輸技術(shù)

1.大規(guī)模MIMO技術(shù)

2010年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的Marzetta研究了多小區(qū)、TDD（timedivisionduplexing）情況下，各基站配置無(wú)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（largescaleMIMO，或者稱MassiveMIMO）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，眾多的研究人員在此基礎(chǔ)上研究了基站配置有限天線數(shù)量的情況。在大規(guī)模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。大規(guī)模MIMO帶來(lái)的好處主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①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；②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；③可大幅降低發(fā)射功率，從而提高功率效率；④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)。近兩年針對(duì)大規(guī)模MIMO技術(shù)的研究工作主要集中在信道模型、容量和傳輸技術(shù)性能分析、預(yù)編碼技術(shù)、信道估計(jì)與信號(hào)檢測(cè)技術(shù)等方面，但還存在一些問(wèn)題：由于理論建模和實(shí)測(cè)模型工作較少，還沒(méi)有被廣泛認(rèn)可的信道模型；由于需要利用信道互易性減少信道狀態(tài)信息獲取的開銷，目前的傳輸方案大都假設(shè)采用TDD系統(tǒng)，用戶都是單天線的，并且其數(shù)量遠(yuǎn)小于基站天線數(shù)量。導(dǎo)頻數(shù)量隨用戶數(shù)量線性增加，開銷較大，信號(hào)檢測(cè)和預(yù)編碼都需要高維矩陣運(yùn)算，復(fù)雜度高，并且由于需要利用上下行信道的互易性，難以適應(yīng)高速移動(dòng)場(chǎng)景和FDD系統(tǒng)；在分析信道容量及傳輸方案的性能時(shí)，大都假設(shè)獨(dú)立同分布信道，從而認(rèn)為導(dǎo)頻污染是大規(guī)模MIMO的瓶頸問(wèn)題,使得分析結(jié)果存在明顯的局限性，等等。

在基于濾波器組的多載波（FBMC，lter-bankbasedmulticarrier）

技術(shù)與OFDM技術(shù)不同，F(xiàn)BMC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。2.基于濾波器組的多載波技術(shù)

3.全雙工技術(shù)

全雙工通信技術(shù)指同時(shí)、同頻地進(jìn)行雙向通信的技術(shù)。由于在無(wú)線通信系統(tǒng)中，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(wú)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(guò)時(shí)間或頻率進(jìn)行區(qū)分的，對(duì)應(yīng)于TDD和FDD方式。由于不能進(jìn)行同時(shí)、同頻雙向通信，理論上浪費(fèi)了一半的無(wú)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系統(tǒng)充分挖掘無(wú)線頻譜資源的一個(gè)重要方向。但全雙工技術(shù)同時(shí)也面臨一些具有挑戰(zhàn)性的難題。由于接收和發(fā)送信號(hào)之間的功率差異非常大，導(dǎo)致嚴(yán)重的自干擾（典型值為70dB），因此實(shí)現(xiàn)全雙工技術(shù)應(yīng)用的首要問(wèn)題是自干擾的抵消。近年來(lái)，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(lái)的一些改進(jìn)技術(shù)。通過(guò)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(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)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(méi)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。9.2.2無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

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(wú)線傳輸技術(shù)，也包括現(xiàn)有的各種無(wú)線接入技術(shù)的后續(xù)演進(jìn)，5G網(wǎng)絡(luò)必然是多種無(wú)線接入技術(shù)，如5G，4G，LTE，UMTS（universalmobiletelecommunicationssystem，通用移動(dòng)通信系統(tǒng)）和WiFi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(wú)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(guò)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(méi)有經(jīng)過(guò)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)類型不是固定的,從而使得網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜吞匦宰兊脴O為復(fù)雜。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，在1950年至2000年的50年間，相對(duì)于語(yǔ)音編碼技術(shù)、MAC和調(diào)制技術(shù)的改進(jìn)帶來(lái)的不到10倍的頻譜效率的提升和采用更寬的帶寬帶來(lái)的傳輸速率的幾十倍的提升，由于小區(qū)半徑的縮小從而頻譜資源的空間復(fù)用帶來(lái)的頻譜效率提升的增益達(dá)到2700倍以上。因此，減小小區(qū)半徑，提高頻譜資源的空間復(fù)用率，以提高單位面積的傳輸能力，是保證未來(lái)支持1000倍業(yè)務(wù)量增長(zhǎng)的核心技術(shù)。

根據(jù)預(yù)測(cè)，未來(lái)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，在宏站的覆蓋區(qū)域中，各種無(wú)線傳輸技術(shù)的各類低功率節(jié)點(diǎn)的部署密度將達(dá)到現(xiàn)有站點(diǎn)部署密度的10倍以上，站點(diǎn)之間的距離達(dá)到10米甚至更小，支持高達(dá)每平方公里25000個(gè)用戶，甚至將來(lái)激活用戶數(shù)和站點(diǎn)數(shù)的比例達(dá)到1:1，即每個(gè)激活的用戶都將有一個(gè)服務(wù)節(jié)點(diǎn)，從而形成超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。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(lái)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(wèn)題。在5G網(wǎng)絡(luò)中，可能存在同一種無(wú)線接入技術(shù)之間同頻部署的干擾、不同無(wú)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。由于不同業(yè)務(wù)和用戶的QoS（qualityofservice）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(wèn)題。

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(lái)巨大的運(yùn)行成本。并且，隨著移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，依靠人工的方式難以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化。因此，為了解決網(wǎng)絡(luò)部署、優(yōu)化的復(fù)雜性問(wèn)題，降低運(yùn)維成本相對(duì)總收入的比例，使運(yùn)營(yíng)商能高效運(yùn)營(yíng)、維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，在滿足客戶需求的同時(shí)，自身也能夠持續(xù)發(fā)展，由NGMN（nextgenerationmobilenetwork）聯(lián)盟中的運(yùn)營(yíng)商主導(dǎo)，聯(lián)合主要的設(shè)備制造商提出了自組織網(wǎng)絡(luò)（SON）的概念。自組織網(wǎng)絡(luò)的思路是在網(wǎng)絡(luò)中引入自組織能力（網(wǎng)絡(luò)智能化），包括自配置、自優(yōu)化、自愈合等，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、部署、維護(hù)、優(yōu)化和排障等各個(gè)環(huán)節(jié)的自動(dòng)進(jìn)行，最大限度地減少人工干預(yù)。

5G將是融合、協(xié)同的多制式共存的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。從技術(shù)上看，將存在多層、多無(wú)線接入技術(shù)的共存，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，各種無(wú)線接入技術(shù)內(nèi)部和各種覆蓋能力的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)的部署、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)將成為一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的工作。為了降低網(wǎng)絡(luò)部署、運(yùn)營(yíng)維護(hù)復(fù)雜度和成本，提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維質(zhì)量，未來(lái)5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該能支持更智能的、統(tǒng)一的SON功能，能統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)多種無(wú)線接入技術(shù)、覆蓋層次的聯(lián)合自配置、自優(yōu)化、自愈合。目前，針對(duì)LTE、LTE-A以及UMTS、WiFi的SON技術(shù)發(fā)展已經(jīng)比較完善，逐漸開始在新部署的網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用。但現(xiàn)有的SON技術(shù)都是面向各自網(wǎng)絡(luò)，從各自網(wǎng)絡(luò)的角度出發(fā)進(jìn)行獨(dú)立的自部署和自配置、自優(yōu)化和自愈合，不能支持多網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)同。因此，需要研究支持協(xié)同異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的SON技術(shù)。

5G將采用超密集的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署方式，在宏站的覆蓋范圍內(nèi)部署大量的低功率節(jié)點(diǎn)，并且存在大量的未經(jīng)規(guī)劃的節(jié)點(diǎn)，因此，在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒏蓴_場(chǎng)景、負(fù)載分布、部署方式、移動(dòng)性方面都將表現(xiàn)出與現(xiàn)有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)明顯不同之處，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)配置和維護(hù)將成為運(yùn)營(yíng)商面臨的重要挑戰(zhàn)。

由于5G將采用大規(guī)模MIMO無(wú)線傳輸技術(shù)，使得空間自由度大幅度增加，從而帶來(lái)天線選擇、協(xié)作節(jié)點(diǎn)優(yōu)化、波束選擇、波束優(yōu)化、多用戶聯(lián)合資源調(diào)配等方面的靈活性。對(duì)這些技術(shù)的優(yōu)化,是5G系統(tǒng)SON技術(shù)的重要內(nèi)容。

3.軟件定義無(wú)線網(wǎng)絡(luò)

軟件定義網(wǎng)絡(luò)（softdenednetworking，SDN）技術(shù)是源于Internet的一種新技術(shù)。在傳統(tǒng)的Internet網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，控制和轉(zhuǎn)發(fā)是集成在一起的，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)節(jié)點(diǎn)（如路由器、交換機(jī)）是封閉的，其轉(zhuǎn)發(fā)控制必須在本地完成，使得它們的控制功能非常復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)創(chuàng)新復(fù)雜度高。為了解決這個(gè)問(wèn)題，美國(guó)斯坦福大學(xué)研究人員提出了軟件定義網(wǎng)絡(luò)的概念，其基本思路將路由器中的路由決策等控制功能從設(shè)備中分離出來(lái)，統(tǒng)一由中心控制器通過(guò)軟件來(lái)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)控制和轉(zhuǎn)發(fā)的分離，從而使得控制更為靈活，設(shè)備更為簡(jiǎn)單。在軟件定義網(wǎng)絡(luò)中，分成應(yīng)用層、控制層、基礎(chǔ)設(shè)施層。

現(xiàn)有的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，基站、服務(wù)網(wǎng)關(guān)、分組網(wǎng)關(guān)除完成數(shù)據(jù)平面的功能外，還需要參與一些控制平面的功能，如無(wú)線資源管理、移動(dòng)性管理等在各基站的參與下完成，形成分布式的控制功能，網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有中心式的控制器，使得與無(wú)線接入相關(guān)的優(yōu)化難以完成，并且各廠商的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備如基站等往往配備制造商自己定義的配置接口，需要通過(guò)復(fù)雜的控制協(xié)議來(lái)完成其配置功能，并且其配置參數(shù)往往非常多，配置和優(yōu)化非常復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)管理非常復(fù)雜，使得運(yùn)營(yíng)商對(duì)自己部署的網(wǎng)絡(luò)只能進(jìn)行間接控制，業(yè)務(wù)創(chuàng)新方面能力嚴(yán)重受限。因此，將SDN的概念引入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，形成軟件定義無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的重要方向。

在軟件定義無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，將控制平面從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的硬件中分離出來(lái)，形成集中控制，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備只根據(jù)中心控制器的命令完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，使得運(yùn)營(yíng)商能對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行更好的控制，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)管理，更好地進(jìn)行業(yè)務(wù)創(chuàng)新。4.內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（CDN，contentdistributionnetwork）是為了解決互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)質(zhì)量而提出的概念。在傳統(tǒng)的內(nèi)容發(fā)布方式中，內(nèi)容發(fā)布由內(nèi)容提供商的服務(wù)器完成，隨著互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)量的急劇增加，使得其服務(wù)器可能處于重負(fù)載狀態(tài)，互聯(lián)網(wǎng)中的擁塞問(wèn)題更加突出，網(wǎng)站的響應(yīng)速度受到嚴(yán)重影響，使網(wǎng)站難以為用戶提供高質(zhì)量的服務(wù)。CDN通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)中采用緩存服務(wù)器，并將這些緩存服務(wù)器分布到用戶訪問(wèn)相對(duì)集中的地區(qū)或網(wǎng)絡(luò)中，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)流量和各節(jié)點(diǎn)的連接、負(fù)載狀況以及到用戶的距離和響應(yīng)時(shí)間等綜合信息將用戶的請(qǐng)求重新導(dǎo)向離用戶最近的服務(wù)節(jié)點(diǎn)上，使用戶可就近取得所需內(nèi)容，解決Internet網(wǎng)絡(luò)擁擠的狀況，提高用戶訪問(wèn)網(wǎng)站的響應(yīng)速度。9.3

我國(guó)5G移動(dòng)通信推進(jìn)及研發(fā)進(jìn)程

5G移動(dòng)通信發(fā)展是全球移動(dòng)通信領(lǐng)域新一輪技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的開始。及早布局、構(gòu)造開放式研發(fā)環(huán)境，力爭(zhēng)在未來(lái)5G技術(shù)與商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中的獲得領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，已成為我國(guó)信息技術(shù)與產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展最為重要的任務(wù)之一。2013年初，在政府部門的大力支持下，成立了面向5G移動(dòng)通信研究與發(fā)展的IMT-2020推進(jìn)組，明確5G發(fā)展遠(yuǎn)景、業(yè)務(wù)、頻譜與技術(shù)需求，研究5G主要技術(shù)發(fā)展方向及使能技術(shù)，形成5G移動(dòng)通信技術(shù)框架，協(xié)同產(chǎn)學(xué)研用各方力量，積極融入國(guó)際5G發(fā)展進(jìn)程，為2015年之后全面參與5G移動(dòng)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定打下堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)?！靶乱淮鷮拵o(wú)線移動(dòng)通信網(wǎng)”重大專項(xiàng)在推動(dòng)LTE產(chǎn)業(yè)化的同時(shí)，開展了LTE的后續(xù)演進(jìn)與無(wú)線新技術(shù)的研究，力爭(zhēng)在5G國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的候選技術(shù)上產(chǎn)生更多的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，為我國(guó)布局5G關(guān)鍵技術(shù)的研究做了起步的工作。國(guó)家973