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　　5G網(wǎng)絡(luò)作為第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，其峰值理論傳輸速度可達(dá)每秒數(shù)十Gb，這比4G網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度快數(shù)百倍，整部超高畫(huà)質(zhì)電影可在1秒之內(nèi)下載完成。隨著5G技術(shù)的誕生，用智能終端分享3D電影、游戲以及超高畫(huà)質(zhì)（UHD）節(jié)目的時(shí)代已向我們走來(lái)。

　　5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)原則

　　5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下三大原則：

　　第一、從剛性到軟性，從固定網(wǎng)絡(luò)（網(wǎng)元、固定連接、固定部署）到動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)（動(dòng)態(tài)部署、配置、靈活連接）；網(wǎng)絡(luò)資源虛擬化；網(wǎng)絡(luò)功能的解耦和服務(wù)化。

　　第二、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)IP化、互聯(lián)網(wǎng)化，實(shí)現(xiàn)與IT網(wǎng)絡(luò)互通融合；引入互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)（SOA，數(shù)據(jù)與計(jì)算分離）

　　第三、集中化智能和分布化處理，集中化智能是指功能集中優(yōu)化，為垂直行業(yè)提供個(gè)性化增值服務(wù)；分布化處理是指移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)功能靠近用戶，提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量，降低時(shí)延。

　　5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)現(xiàn)狀

　　當(dāng)前，國(guó)際上多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化組織如ITU、NGMN聯(lián)盟等都已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行5G網(wǎng)絡(luò)及其架構(gòu)的研究工作。3GPP作為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)最主要的制定方，5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計(jì)將是其國(guó)際組織的重點(diǎn)工作，業(yè)界預(yù)期將在R14開(kāi)始啟動(dòng)相關(guān)工作。學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界如歐盟METIS、中國(guó)IMT-2020網(wǎng)絡(luò)技術(shù)工作組（包含中國(guó)國(guó)內(nèi)的運(yùn)營(yíng)商、研究機(jī)構(gòu)、設(shè)備商、高校）等已經(jīng)開(kāi)始著手這方面的討論。

　　5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的研究主要從增強(qiáng)特定應(yīng)用場(chǎng)合如高速列車、熱點(diǎn)場(chǎng)所、室內(nèi)環(huán)境等覆蓋以及吞吐量、增強(qiáng)用戶數(shù)據(jù)速率以及QoS需求、增強(qiáng)頻譜效率以及能量效率、降低網(wǎng)絡(luò)延時(shí)等方面入手，具體可以總結(jié)如下：

　　目前，5G研究仍處于需求制定和空中接口技術(shù)攻關(guān)階段，尚未提出明確的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。但總的看來(lái)，5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)存在兩條發(fā)展路線：一是綜合化發(fā)展，即“演進(jìn)+創(chuàng)新”的路子，在演進(jìn)型的2G/3G/4G多制式蜂窩網(wǎng)絡(luò)、以及短距離無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，融入創(chuàng)新型無(wú)線接入技術(shù)，形成綜合型的5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。二是顛覆性發(fā)展，即“變革”的路子。

　　5G綜合化發(fā)展的路子，也可以說(shuō)是5G彌補(bǔ)了4G技術(shù)的不足，在數(shù)據(jù)速率、連接數(shù)量、時(shí)延、移動(dòng)性、能耗等方面進(jìn)一步提升系統(tǒng)性能，。它既不是單一的技術(shù)演進(jìn)，也不是幾個(gè)全新的無(wú)線接入技術(shù)，而是整合了新型無(wú)線接入技術(shù)和現(xiàn)有無(wú)線接入技術(shù)（WLAN，4G、3G等），通過(guò)集成多種技術(shù)來(lái)滿足不同的需求，是一個(gè)真正意義上的融合網(wǎng)絡(luò)。并且，由于融合，5G可以延續(xù)使用4G、3G的基礎(chǔ)設(shè)施資源，并實(shí)現(xiàn)與之共存。

　　移動(dòng)網(wǎng)全球漫游、無(wú)縫部署、后向兼容的特點(diǎn)，決定了5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計(jì)不可能是“從零開(kāi)始”的全新架構(gòu)。然而，5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是一種演進(jìn)，還是一種變革，將取決于運(yùn)營(yíng)商和用戶需求、產(chǎn)業(yè)進(jìn)程、時(shí)間要求和各方博弈等多種因素。

　　在5G架構(gòu)設(shè)計(jì)的需求以及可能的技術(shù)方面，已經(jīng)形成了一些共識(shí)。在需求方面，普遍將靈活、高效、支持多樣業(yè)務(wù)、實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)即服務(wù)等作為設(shè)計(jì)目標(biāo)；在技術(shù)方面，SDN、NFV等成為可能的基礎(chǔ)技術(shù)，核心網(wǎng)與接入網(wǎng)融合、移動(dòng)性管理、策略管理、網(wǎng)絡(luò)功能重組等成為值得進(jìn)一步研究的關(guān)鍵問(wèn)題。

　　目前基本架構(gòu)已有初步共識(shí)：支持多種接入、降低不同接入方式和核心網(wǎng)的耦合、實(shí)現(xiàn)按需的組網(wǎng)、借力NFV/SDN技術(shù)。段曉東介紹稱，目前5G面向服務(wù)的研究架構(gòu)其中最主要的特征有：耦合的控制面、功能模塊化、控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離、新的互聯(lián)方式、移動(dòng)邊緣計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)切片選擇。

　　5G關(guān)鍵技術(shù)

　　目前，5G的關(guān)鍵技術(shù)還處于研究與發(fā)展的階段。為了實(shí)現(xiàn)5G的愿景和需求，5G在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和無(wú)線傳輸技術(shù)方面都將有新的突破。5G關(guān)鍵技術(shù)總體框架如圖所示，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)、異構(gòu)超密集部署等；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。

　　1、超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)

　　5G網(wǎng)絡(luò)是一種利用宏站與低功率小型化基站（Micro-BS，Pico-BS，F(xiàn)emto-BS）進(jìn)行覆蓋的融WiFi，4G，LTE，UMTS等多種無(wú)線接入技術(shù)混合的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。隨著蜂窩范圍的逐漸減小，使得頻譜效率得到了大幅提升。隨著小區(qū)覆蓋面積的變小，最優(yōu)站點(diǎn)的位置可能無(wú)法得到，同時(shí)小區(qū)進(jìn)一步分裂難度增加，所以只能通過(guò)增加站點(diǎn)部署密度來(lái)部署更多的低功率節(jié)點(diǎn)。超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)可以使功率效率，頻譜效率得到大幅提升，但是也不可避免的引入了一些問(wèn)題。從物理層這個(gè)角度看需要多速率接入要求，如低速的傳感器網(wǎng)絡(luò)到高速率的多媒體服務(wù)。從異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)這個(gè)角度，超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)需要一種能夠具有可擴(kuò)展的幀結(jié)構(gòu)的空中接口來(lái)滿足不同頻段頻率的接入。超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)還需要根據(jù)終端的使用情況以及終端所處的環(huán)境進(jìn)行大量的預(yù)測(cè)，并在網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，信道環(huán)境，需求量突變前進(jìn)行有效的前攝管理。

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　　2、大規(guī)模MIMO技術(shù)

　　大規(guī)模MIMO運(yùn)用多天線技術(shù)，大規(guī)模天線陣列可以通過(guò)天線的空分特性（具有高分辨率的空間自由度），使相同時(shí)頻資源能同時(shí)服務(wù)若干用戶，能夠有效的頻譜效率，增加傳輸?shù)目煽啃訫arzetta提出每個(gè)基站布置超出現(xiàn)有天線數(shù)數(shù)量級(jí)超多天線用于時(shí)分復(fù)用條件下，發(fā)現(xiàn)可以在同一時(shí)頻資源上服務(wù)幾個(gè)用戶。多天線技術(shù)的波束成型可以限制波束在很小的范圍內(nèi)，因此可以降低干擾從而有效降低發(fā)射功率。多天線技術(shù)帶來(lái)了更多的空間自由度，因此使信道的反應(yīng)更加精準(zhǔn)，從而降低了各種隨機(jī)突發(fā)情況信道性能的降低。由于多天線占用空間太大，實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度太高，一般基站多采用4天線技術(shù)。王海榮，王玉輝等人提出由于同一小區(qū)內(nèi)導(dǎo)頻正交，但相鄰小區(qū)間導(dǎo)頻進(jìn)行復(fù)用會(huì)引起導(dǎo)頻污染，制約了多天線技術(shù)的瓶頸，因此他們提出一種上行導(dǎo)頻功率控制法，將通常的導(dǎo)頻發(fā)射時(shí)隙分為兩段，使交叉增益相對(duì)較大的導(dǎo)頻發(fā)射時(shí)隙錯(cuò)開(kāi)，從而降低導(dǎo)頻污染。由于大規(guī)模天線技術(shù)中將會(huì)出現(xiàn)低功率小型天線以及大量的低功率放大器，因此大規(guī)模的天線部署的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)際信道之間的正交性程度必須被確定，以及如何有效的解決天線互耦合等難題。

　　由于5G的超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，在小區(qū)范圍縮小的情況下肯定不需要大規(guī)模天線技術(shù)的應(yīng)用，但是大規(guī)模MIMO的應(yīng)用可能會(huì)帶來(lái)空間零陷（spatialnulling）以及避免干擾等優(yōu)點(diǎn)，所以研究大規(guī)模MIMO與小區(qū)（smallcell）相互補(bǔ)的模型也是一個(gè)要解決的問(wèn)題。

　　3、FBMC

　　FBMC的提出是為解決OFDM18載波旁瓣較大，在各載波不能嚴(yán)格同步時(shí)相鄰載波將會(huì)產(chǎn)生較大干擾，在較低頻段不能支持需要連續(xù)高達(dá)1G帶寬等高速率業(yè)務(wù)需求等問(wèn)題提出的基于濾波組的多載波技術(shù)（filterbankmulticarrier）。原理是在發(fā)端通過(guò)合成濾波組來(lái)實(shí)現(xiàn)多載波調(diào)制，在收端通過(guò)分析濾波組實(shí)現(xiàn)多載波解調(diào)。Jean-BaptisteDoré［13］提到在CS（信道狀態(tài)信息channelstateinformation）處于理想情況下，與OFDM相比FBMC具有更高的能量效率，但在CSI不理想的情況下碼間干擾（ISI）以及載波間干擾（ICI）將會(huì)使FBMC的性能輸于OFDM，提出在MIMO情景下的特殊的波束成型來(lái)提升FBMC性能。Jean-BaptisteDoré在另一篇文章中提到當(dāng)導(dǎo)頻序列分散在片段頻譜上，或者沒(méi)有分布于每個(gè)載頻，一種時(shí)域上的插值（根據(jù)導(dǎo)頻在信道上的值進(jìn)行反傅里葉變換）處理將會(huì)可以彌補(bǔ)這一缺陷使信道響應(yīng)不會(huì)因?yàn)檩d頻而受到影響。

　　4、毫米波通信

　　毫米波頻段一般為30-300GHZ，毫米波通信即使在考慮各種損耗與吸收的情況下，大氣窗口也能為我們提供135GHz的帶寬，在頻譜資源緊缺的情況下，采用毫米波通信能夠很有效的提升通信容量。由于5G的超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，基站間距在不到200米的情況下，由于毫米波具有波束窄的特點(diǎn)，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，并且空氣對(duì)毫米波的吸收，會(huì)減小對(duì)相鄰基站間的干擾。

　　總結(jié)

　　第五代通信系統(tǒng)將會(huì)在終端，網(wǎng)絡(luò)，無(wú)線接入等方面進(jìn)行融合及創(chuàng)新，具備眾多優(yōu)點(diǎn)，首先5G網(wǎng)絡(luò)以人為本，能夠?yàn)槲覀兲峁└咚俾剩呖煽啃裕蜁r(shí)延的服務(wù)，讓我們享受流媒體，超高清視頻等業(yè)務(wù)，另一方面，萬(wàn)物互聯(lián)這個(gè)角度來(lái)看，5G網(wǎng)絡(luò)將是一艘巨大的航母，首先5G網(wǎng)絡(luò)具有很靈活的可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，能夠根據(jù)需求進(jìn)行組網(wǎng)，同時(shí)5G網(wǎng)絡(luò)能夠涵蓋不同行業(yè)用戶以及開(kāi)展多種業(yè)務(wù)類型，如智慧醫(yī)療，農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)，工業(yè)設(shè)備監(jiān)測(cè)等。最后5G網(wǎng)絡(luò)將會(huì)比現(xiàn)在通信系統(tǒng)更加綠色，具有低功耗，節(jié)能的特點(diǎn)。