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

　　5G網(wǎng)絡架構設計原則

　　5G網(wǎng)絡架構設計應遵循以下三大原則：

　　第一、從剛性到軟性，從固定網(wǎng)絡（網(wǎng)元、固定連接、固定部署）到動態(tài)網(wǎng)絡（動態(tài)部署、配置、靈活連接）；網(wǎng)絡資源虛擬化；網(wǎng)絡功能的解耦和服務化。

　　第二、移動網(wǎng)絡IP化、互聯(lián)網(wǎng)化，實現(xiàn)與IT網(wǎng)絡互通融合；引入互聯(lián)網(wǎng)技術，優(yōu)化網(wǎng)絡設計（SOA，數(shù)據(jù)與計算分離）

　　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)提供個性化增值服務；分布化處理是指移動網(wǎng)絡功能靠近用戶，提高網(wǎng)絡吞吐量，降低時延。

　　5G無線網(wǎng)絡架構現(xiàn)狀

　　當前，國際上多個標準化組織如ITU、NGMN聯(lián)盟等都已經開始進行5G網(wǎng)絡及其架構的研究工作。3GPP作為移動網(wǎng)絡標準最主要的制定方，5G網(wǎng)絡架構的設計將是其國際組織的重點工作，業(yè)界預期將在R14開始啟動相關工作。學術界、產業(yè)界如歐盟METIS、中國IMT-2020網(wǎng)絡技術工作組（包含中國國內的運營商、研究機構、設備商、高校）等已經開始著手這方面的討論。

　　5G無線網(wǎng)絡架構的研究主要從增強特定應用場合如高速列車、熱點場所、室內環(huán)境等覆蓋以及吞吐量、增強用戶數(shù)據(jù)速率以及QoS需求、增強頻譜效率以及能量效率、降低網(wǎng)絡延時等方面入手，具體可以總結如下：

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

　　5G綜合化發(fā)展的路子，也可以說是5G彌補了4G技術的不足，在數(shù)據(jù)速率、連接數(shù)量、時延、移動性、能耗等方面進一步提升系統(tǒng)性能，。它既不是單一的技術演進，也不是幾個全新的無線接入技術，而是整合了新型無線接入技術和現(xiàn)有無線接入技術（WLAN，4G、3G等），通過集成多種技術來滿足不同的需求，是一個真正意義上的融合網(wǎng)絡。并且，由于融合，5G可以延續(xù)使用4G、3G的基礎設施資源，并實現(xiàn)與之共存。

　　移動網(wǎng)全球漫游、無縫部署、后向兼容的特點，決定了5G無線網(wǎng)絡架構的設計不可能是“從零開始”的全新架構。然而，5G無線網(wǎng)絡架構是一種演進，還是一種變革，將取決于運營商和用戶需求、產業(yè)進程、時間要求和各方博弈等多種因素。

　　在5G架構設計的需求以及可能的技術方面，已經形成了一些共識。在需求方面，普遍將靈活、高效、支持多樣業(yè)務、實現(xiàn)網(wǎng)絡即服務等作為設計目標；在技術方面，SDN、NFV等成為可能的基礎技術，核心網(wǎng)與接入網(wǎng)融合、移動性管理、策略管理、網(wǎng)絡功能重組等成為值得進一步研究的關鍵問題。

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

　　5G關鍵技術

　　目前，5G的關鍵技術還處于研究與發(fā)展的階段。為了實現(xiàn)5G的愿景和需求，5G在網(wǎng)絡技術和無線傳輸技術方面都將有新的突破。5G關鍵技術總體框架如圖所示，在無線網(wǎng)絡方面，將采用更靈活、更智能的網(wǎng)絡架構和組網(wǎng)技術，如采用控制與轉發(fā)分離的軟件定義無線網(wǎng)絡的架構、統(tǒng)一的自組織網(wǎng)絡、異構超密集部署等；在無線傳輸技術方面，將引入能進一步挖掘頻譜效率提升潛力的技術，如先進的多址接入技術、多天線技術、編碼調制技術、新的波形設計技術等。

　　1、超密集異構網(wǎng)絡

　　5G網(wǎng)絡是一種利用宏站與低功率小型化基站（Micro-BS，Pico-BS，F(xiàn)emto-BS）進行覆蓋的融WiFi，4G，LTE，UMTS等多種無線接入技術混合的異構網(wǎng)絡。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)站點的位置可能無法得到，同時小區(qū)進一步分裂難度增加，所以只能通過增加站點部署密度來部署更多的低功率節(jié)點。超密集異構網(wǎng)絡可以使功率效率，頻譜效率得到大幅提升，但是也不可避免的引入了一些問題。從物理層這個角度看需要多速率接入要求，如低速的傳感器網(wǎng)絡到高速率的多媒體服務。從異構網(wǎng)絡這個角度，超密集異構網(wǎng)絡需要一種能夠具有可擴展的幀結構的空中接口來滿足不同頻段頻率的接入。超密集異構網(wǎng)絡還需要根據(jù)終端的使用情況以及終端所處的環(huán)境進行大量的預測，并在網(wǎng)絡狀態(tài)，信道環(huán)境，需求量突變前進行有效的前攝管理。

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　　2、大規(guī)模MIMO技術

　　大規(guī)模MIMO運用多天線技術，大規(guī)模天線陣列可以通過天線的空分特性（具有高分辨率的空間自由度），使相同時頻資源能同時服務若干用戶，能夠有效的頻譜效率，增加傳輸?shù)目煽啃訫arzetta提出每個基站布置超出現(xiàn)有天線數(shù)數(shù)量級超多天線用于時分復用條件下，發(fā)現(xiàn)可以在同一時頻資源上服務幾個用戶。多天線技術的波束成型可以限制波束在很小的范圍內，因此可以降低干擾從而有效降低發(fā)射功率。多天線技術帶來了更多的空間自由度，因此使信道的反應更加精準，從而降低了各種隨機突發(fā)情況信道性能的降低。由于多天線占用空間太大，實現(xiàn)的復雜度太高，一般基站多采用4天線技術。王海榮，王玉輝等人提出由于同一小區(qū)內導頻正交，但相鄰小區(qū)間導頻進行復用會引起導頻污染，制約了多天線技術的瓶頸，因此他們提出一種上行導頻功率控制法，將通常的導頻發(fā)射時隙分為兩段，使交叉增益相對較大的導頻發(fā)射時隙錯開，從而降低導頻污染。由于大規(guī)模天線技術中將會出現(xiàn)低功率小型天線以及大量的低功率放大器，因此大規(guī)模的天線部署的拓撲結構，實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的超密集異構網(wǎng)絡的應用，在小區(qū)范圍縮小的情況下肯定不需要大規(guī)模天線技術的應用，但是大規(guī)模MIMO的應用可能會帶來空間零陷（spatialnulling）以及避免干擾等優(yōu)點，所以研究大規(guī)模MIMO與小區(qū)（smallcell）相互補的模型也是一個要解決的問題。

　　3、FBMC

　　FBMC的提出是為解決OFDM18載波旁瓣較大，在各載波不能嚴格同步時相鄰載波將會產生較大干擾，在較低頻段不能支持需要連續(xù)高達1G帶寬等高速率業(yè)務需求等問題提出的基于濾波組的多載波技術（filterbankmulticarrier）。原理是在發(fā)端通過合成濾波組來實現(xiàn)多載波調制，在收端通過分析濾波組實現(xiàn)多載波解調。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）將會使FBMC的性能輸于OFDM，提出在MIMO情景下的特殊的波束成型來提升FBMC性能。Jean-BaptisteDoré在另一篇文章中提到當導頻序列分散在片段頻譜上，或者沒有分布于每個載頻，一種時域上的插值（根據(jù)導頻在信道上的值進行反傅里葉變換）處理將會可以彌補這一缺陷使信道響應不會因為載頻而受到影響。

　　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的超密集異構網(wǎng)絡，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，具有很強的抗干擾能力，并且空氣對毫米波的吸收，會減小對相鄰基站間的干擾。

　　總結

　　第五代通信系統(tǒng)將會在終端，網(wǎng)絡，無線接入等方面進行融合及創(chuàng)新，具備眾多優(yōu)點，首先5G網(wǎng)絡以人為本，能夠為我們提供高速率，高可靠性，低時延的服務，讓我們享受流媒體，超高清視頻等業(yè)務，另一方面，萬物互聯(lián)這個角度來看，5G網(wǎng)絡將是一艘巨大的航母，首先5G網(wǎng)絡具有很靈活的可擴展的網(wǎng)絡架構，能夠根據(jù)需求進行組網(wǎng)，同時5G網(wǎng)絡能夠涵蓋不同行業(yè)用戶以及開展多種業(yè)務類型，如智慧醫(yī)療，農業(yè)監(jiān)測，工業(yè)設備監(jiān)測等。最后5G網(wǎng)絡將會比現(xiàn)在通信系統(tǒng)更加綠色，具有低功耗，節(jié)能的特點。