5G面臨的主要挑戰(zhàn)

伍爽　韓哲鑫

摘 要 5G要滿足超高數(shù)據(jù)速率，超低延遲，全覆蓋，低功耗等特性，這些特性使得5G的發(fā)展面臨著很多問題需要去解決。本文給出5G在設(shè)計過程中可能面臨的主要問題和挑戰(zhàn)。5G要滿足超高數(shù)據(jù)速率，超低延遲，全覆蓋，低功耗等特性，這些特性使得5G的發(fā)展面臨著很多問題需要去解決。本文給出5G在設(shè)計過程中可能面臨的主要問題和挑戰(zhàn)主要包括：毫米波、信道模型、基站的傳輸、天線陣列設(shè)計、波束賦形和訓(xùn)練、大規(guī)模MIMO、新型復(fù)用方式、非正交、網(wǎng)絡(luò)密度、后向兼容性、C-RAN和H-CRAN、低時延和QoE、能量效率、5G應(yīng)用、標(biāo)準(zhǔn)化。

關(guān)鍵詞 5G 挑戰(zhàn) 問題

中圖分類號：TP14 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1毫米波頻譜特性

5G預(yù)計采用毫米波頻段（30-300GHz）。

毫米波相對于現(xiàn)在有的授權(quán)頻段來說并不利于無線通信.但是毫米波下大量的未授權(quán)的頻段能夠滿足快速增長的帶寬需求，相當(dāng)于為快速增長的帶寬需求提供了一種長期的解決方案。因此，毫米波使用面臨的挑戰(zhàn)是分析毫米波的物理學(xué)特性，包括大氣吸收、散射、衍射、折射、反射、多徑效應(yīng)、多普勒效應(yīng)等。

2傳統(tǒng)信道模型不可用

5G毫米波移動通信的發(fā)展需要我們對無線電信道具有一定程度的了解。目前，很多學(xué)者和研究人員正在研究室內(nèi)、戶外以及固定毫米波通信。然而，對于毫米波在戶外環(huán)境下的路徑損耗、角度擴展、延遲擴展、NLOS環(huán)境的影響、波束成形等問題還有待于進(jìn)一步去研究。信道模型的深入研究可以為新的空口技術(shù)和多址接入技術(shù)的研究奠定基礎(chǔ)。

3特定站點的傳輸特性

毫米波的傳輸很大程度上依賴于發(fā)送發(fā)和接收方所處的位置。因此，小區(qū)特殊站點的設(shè)計對5G網(wǎng)絡(luò)的部署至關(guān)重要。在傳統(tǒng)蜂窩系統(tǒng)中對于這個問題的研究還相對較少，因此需要進(jìn)一步的研究。

4天線陣列的設(shè)計

毫米波的波長較小，允許在有限的物理空間放置多達(dá)數(shù)百個天線。大規(guī)模天線陣列有助于形成方向性的波束。因此，定向的窄波束通信是目前的研究熱點，它顛覆了傳統(tǒng)小區(qū)的概念。目前關(guān)于這點的研究主要集中在通過對BS和移動設(shè)備的天線陣列和架構(gòu)設(shè)計來形成方向性的波束。

5波速賦形和波束訓(xùn)練

方向性波束的形成主要是通過調(diào)節(jié)天線陣列的權(quán)重因子來實現(xiàn)。通過實時基帶模型、毫米波射頻電路和相關(guān)的軟件設(shè)計來實現(xiàn)方向性波束是值得研究的方向。適當(dāng)?shù)牟ㄊx擇對于確保波束對準(zhǔn)是有必要的。因此設(shè)計和研究波束訓(xùn)練方法也是目前需要解決的問題。再者隱藏終端問題、相鄰基站檢測問題對于方向性傳輸來說仍然存在，這些問題的綜合考慮也是目前的研究熱點。

6大規(guī)模MIMO

大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的實現(xiàn)是一個相當(dāng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。在大規(guī)模MIMO系統(tǒng)下，基站的架構(gòu)同傳統(tǒng)基站完全不同，它需要布置很多個由低功耗放大器驅(qū)動的微型天線。采用有效的大規(guī)模MIMO算法來實現(xiàn)5G通信代表了未來通信的一個重大突破。再者，對于大規(guī)模MIMO系統(tǒng)來說理論研究、仿真、實驗測試都是非常重要的。

7非正交技術(shù)

異構(gòu)連接、密集部署和一些新應(yīng)用（M2M，IoT，IoV等）的興起將會對未來移動場景下的同步和正交帶來嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。研究非正交和異步系統(tǒng)能夠有效的滿足未來5G網(wǎng)絡(luò)的低時延要求。

8密集網(wǎng)絡(luò)

異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)是5G網(wǎng)絡(luò)的基本特征，因此基站密度是非常大的?？焖俑蓴_協(xié)調(diào)和消除，SDN，認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)，自組織網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)密集網(wǎng)絡(luò)的管理。盡管這些都是5G通信重要的候選技術(shù)，但是在5G場景下怎么應(yīng)用還需要進(jìn)一步去研究。

9后向兼容性

對于5G整體的架構(gòu)需求已經(jīng)有很多研究了，隨著LTE的大規(guī)模部署，對5G架構(gòu)的后向兼容性顯得尤為重要。除了對5G獨立系統(tǒng)的研究，研究者還需關(guān)注怎么實現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)同傳統(tǒng)的4G/3G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行融合。

10 C-RAN和H-CRAN

C-RAN為5G網(wǎng)絡(luò)的密集部署提供了低成本效率和高能量效率的解決方案。然而，目前關(guān)于C-RAN對5G的貢獻(xiàn)的研究還比較少。再者許多研究者正在關(guān)注異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)同C-RAN的結(jié)合，它被稱為H-CRAN。融合C-RAN和H-CRAN的優(yōu)勢來實現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計是一件非常具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。

11能量效率

成本開銷和能量效率是5G系統(tǒng)設(shè)計需要考慮的兩個重要因素?；镜拿芏?、帶寬的增加、傳輸功率消耗也是5G設(shè)計過程中需要考慮的問題。盡管已經(jīng)有很多關(guān)于能量效率的研究了，但是對于新的5G系統(tǒng)來說仍然還有巨大的提升空間.C-RAN和相關(guān)的能效技術(shù)有助于系統(tǒng)性能的提升。研究5G下的能量感知實現(xiàn)能夠有效的降低能耗。綠色基站和可再生能源的結(jié)合應(yīng)該可以有效的實現(xiàn)能耗的降低，但是兩者的結(jié)合還需要進(jìn)一步論證和研究。

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