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在 2019 年,现在来看 5G 技术的研究现状是什么?有哪些待攻克的方向?
5G相对4G TDD LTE没有做本质上的改进,都是OFDM/MIMO等技术,只是在频带带宽和空间复用能力上做了改进:载波带宽从20MHz提升到100MHz@sub-6G,400MHz@mmWave,天线Massive MIMO支持更多流,子载波带宽拓展支持更短TTI等。
但是5G通信还有很多技术要进一步提升:
1. 每个资源的多天线系统信道测量和BF: 即使在5G,Massive MIMO每根天线的信道测量和每个RB的信道传播都是采样得到,现在无法准确得到每个资源的信道信息,这导致BF加权的准确性打折扣影响空间复用效率;
2. 通信基础理论的突破:现在系统还是基于OFDM和空分MIMO理论,编解码都是为了适配两者,但是4G/5G没有新的突破,导致频谱效率基本上一致。现在急需一种新的通信理论和模式来提升无线通信的效率,而不是「暴力」地叠加频谱和天线,通过计算资源换性能。
3. 多场景的支持:5G现在目标是eMBB、uRLLC和eMTC,主要面对的是对陆地表面的覆盖,对于高速的天空上的飞机、陆地上的高铁、海上的轮船、以及深空中的飞行器,都需要下一代融合的网路来做统一通信。
谢邀,因为我也是非专业的,只找到了一些有关国内产能5G研究现状分析的介绍,专业的同学可以来答得更通俗易懂点。
如下:
5G的技术体系
和4G相比,5G的提升是全方位的,按照3GPP的定义,5G既包括大规模天线,超密集组网,新型多址技术、全频谱接入及新型网路架构等关键应用技术,也包括新型信息中心网路、软体定义网路、虚拟化、云存储等基础支撑技术。总的来说,5G的技术体系分为基础技术和应用技术两个层面。
? 一、基础技术
1 新型信息中心网路
传统通信 TCP/IP 网路难以实现全面海量数据的发布,而以 ICN(信息中心网路)为代表的新技术优势日益明显。5G注重利用 ICN、IP 的双重结合,针对扩展性、数据移动性、数据部署等情况设定实用型目标战略,与 SDN(软体定义网路)相互融合,考虑数据平面与控制平面的网路架构情况,并为其提供动态配置环境。
2 SDN(软体定义网路)与 NFV(网路功能虚拟化)
利用数据分离、软体化、虚拟化概念,为 5G 移动通信网路提供技术支撑,也是欧盟所公布的 5G 网路发展审核标准的重要内容。SDN 以基础设施层(网路最底层)、中间层(控制层)、最上层(应用层)为主,涵盖了 API 网路资源调用内容。NFV 是从网路运营商的角度出发的网路体系,利用 IT 技术平台来实现功能虚拟化,并与所对应的功能块相衔接,便于统一调用相关虚拟资源。
3 5G晶元技术
在高宽频收发系统、可见光通信、数据机、移动终端、大规模天线、云后台服务等诸多环节都需要晶元支撑,而且比4G的性能要求更高、尺寸更小。
4 云后台服务
云服务安全、可靠并形成中心式云后台,利用量子密码学进行实现5G安全的实现,可以有效的避免不必要的资源浪费,并且可以降低物理层面的存储支出,有效缩减第三方的存储器代理提供的费用。
? 二、应用技术
5G的关键应用技术分为覆盖增强技术、频效提升技术、频谱扩展技术、能效提升技术等四个类别。
1 覆盖增强技术
在云后台技术的支撑下,覆盖增强技术由密集异构组网组成。缩小覆盖半径,以频谱资源的空间复用,提高频谱效率,从而提高业务量。在 5G 的超密集异构网路中,利用宏站和低功率小型基站进行覆盖,包括4G、Wi-Fi、LTE 等多种异构网路,通过增加站点密度减少节点间的距离,使网路节点距离终端更近,令频谱效率以及系统容量得到大幅度的提升。
2 频效提升技术
一是MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)天线技术。该技术是在接收端及发送端使用多个天线进行接收和发送,大规模的增加天线数量,在不增加频谱资源或总功率耗损的条件下提高信道容量、吞吐量及传送距离,从而改善通信质量。
二是可利用节点扩展技术。大规模 MIMO中基站天线的数量 阵列没有空间时域限制,并且上行导频采用的是时分双工进行的信度估计,将大大提升频效。
三是新型传输波形。OFDM(正交频分复用。一种无线环境下的高速多载波传输技术。)是当前 Wi-FI和 LTE 标准中的高速无线通信的主要传信模式,与传统的 FDM 模式相比,频谱利用率提升接近 1 倍,而且具有抗频率选择性衰落,并可充分的利用 FFT/IFFT模块,实现容易、易操作。OFDM 仍然是未来 5G 的关键传输波形技术,但是其性能参数等有待优化提高。
四是非正交多址接入技术。非正交多址接入技术(NOMA)把功率域由传统的单用户改为多用户共享,并把无线接入能量提升 50%,非正交多址接入技术新增功率域,可以满足每个用户不同的路径损耗实现复用。
五是先进调制编码技术。为了将来在有限的通信资源基础上实现更高层次的吞吐量、高频谱利用率及高服务高运转速度的无线传输,5G 迫切需要实现编码空间调制,即在传统的二位映射基础上延伸至三维映射中去,并以天线实际的物理位置定位为依据来携带部分发送信息,以此提高频谱效率。
3 频谱扩展技术
频谱扩展技术是当今最先进的无线通信技术,包括认知无线电、毫米波、可见光通信等技术。一是认知无线电,是伴随移动通信领域快速发展的无线电通信频谱利用率的新技术,认知功能的无线通信有效地利用时间和空间上的空闲频谱资源来提供无线通信务,全动态利用「频谱空穴」,并在此资源基础上利用空间、时间适时调整功率、频率、调制及其它动态参数获取最佳的频带利用效果。二是毫米波,采用毫米波通信能够很有效的缓解频谱资源紧张的状态也可以提升通信容量。由于 5G的超密集异构网路,毫米波具有波束集中,提高能效 ;方向性好,受干扰影响小 ;波束窄的特点,具有很强的抗干扰能力提高通信的可靠性。三是可见光通信,可见光通信具有广泛性、高速率性、宽频谱、低成本、高保密性、实用性等特点,在物联网、移动通信等领域获得广泛认同新技术,其应用渗透到航空、军事、地铁、通信等领域,并在未来 5G 通信中占有一席之地。
4 能效提升技术
一是多域协同无线资源管理,主要是业务域话音、非实时数据、实时数据、多媒体及广播和用户域协同合作利用,并在充分配合码域、时域、空域、频域及能量域的资源域共同完成多域协同资源的管理;二是多协同可以实现跨层资源的联合调度,在跨网优化中实现协同通信,促进交流、增加合作,跨网资源联合优化配置。
表1:5G技术体系