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学 海 无 涯 5G 关键技术 摘要：本文对各种技术进行了梳理，将5G 的关键技术分为4 个类别进行阐述，即新型 多天线传输技术、高频段传输关键技术、密集网络关键技术和新型网络架构。 关键词：通信网络技术 5G 技术 1 引言 我国相关行业主管部门高度重视5G 技术的发展，2013 年2 月，由工业和信息化部、国 家发展和改革委员会、科学技术部联合推动成立了IMT-2020 （5G）推进组，其组织架构基 于原IMT-Advanced 推进组，成员包括中国主要的运营商、制造商、高校和研究机构，是聚 合中国产学研用等各方力量、推动中国第五代移动通信技术研究和开展国际交流与合作的主 要平台。目前，各大主流通信厂商和研究机构都纷纷提出了5G 的技术方案，这些方案的技 术思路和侧重点都各不相同。本文对各种技术进行了梳理，将5G 的关键技术分为4 个类别 进行阐述，即新型多天线传输技术、高频段传输关键技术、密集网络关键技术和新型网络架 构。 2 新型多天线传输技术 随着通信产业的发展，频谱资源日益稀少，因此，提高频谱利用率成为未来通信技术发 展的重要方向。在这种背景之下，基于大规模天线阵列（LSAS：LargeScaleAntennaSystem） 和大规模MIMO （MassiveMIMO）等通信技术被相继提出。其中，利用LSAS 技术可以带来巨 大的阵列增益和干扰抑制增益，使小区总的频谱效率和边缘用户的频谱效率得到极大的提 升。同时，LSAS 技术还可以实现对空间位置的划分，利用空分多址，同时服务多个用户。 目前，在LTE 及LTE-Advanced （Rel.8/9/10/11）中，已经推出了对MIMO 天线的诸多增强 性改进，用以满足对小区容量和下载速率增长的需求。但是，在LTE-Advanced 中，基站下 行最大只支持8 根发送天线，其对于性能的提升还是十分有限的。在未来的5G 中，将引入 有源天线技术（AAS：ActiveAntennaSystem），通过这一技术，将更容易实现小区基站上 1 学 海 无 涯 MassiveMIMO 的部署，从而实现3D 波束成形，相关技术可以显著增加系统容量，满足日益 增长的数据业务需求。 具体而言，当前LTE 基站的多天线只在水平方向排列，只能形成水平方向的波束，并且 当天线数目较多时，水平排列会使得天线总尺寸过大从而导致安装困难。而5G 的天线设计 参考了军用相控阵雷达的思路，目标是更大地提升系统的空间自由度。基于这一思想的LSAS 技术，通过在水平和垂直方向同时放置天线，增加了垂直方向的波束维度，并提高了不同用 户间的隔离。同时，有源天线技术的引入还将更好地提升天线性能，降低天线耦合造成能耗 损失，使LSAS 技术的商用化成为可能。由于LSAS 可以动态地调整水平和垂直方向的波束， 因此可以形成针对用户的特定波束，并利用不同的波束方向区分用户。基于LSAS 的3D 波束 成形可以提供更细的空域粒度，提高单用户MIMO 和多用户MIMO 的性能。同时，LSAS 技术 的使用为提升系统容量带来了新的思路。例如，可以通过半静态地调整垂直方向波束，在垂 直方向上通过垂直小区分裂（cellsplit）区分不同的小区，实现更大的资源复用。 3 高频传输技术 由于各类无线通信和无线应用的快速发展，各国的低频段频谱资源都已经十分紧张，很 难找到适合5G 技术应用的新频段。同时，为了保证5G 技术所需要的更大传输带宽，各种射 频器件也势必要调整到更好的工作频率上。因此，未来5G 技术须向高频段扩展，尤其是毫 米波频段，该频段频谱资源丰富，具有连续的大带宽，可以满足短距离高速传输的需求。 目前，各大通信企业和研究机构都在积极进行相关研究工作。例如，韩国三星公司已经 对28GHz 和37GHz 频段的信道传播特性进行了信道测量，并研发了基于28GHz 频段的系统设 备样机，经过实地验证，样机已经达到了1Gbit/s 的下载速率，证明了高频段在移动通信特 定场景下应用的可行性。但是，由于电磁传播的特性，高频传输目前还面临很多实际的困难。 由于空气的吸收作用，频段越高的电磁波路径损耗越大。例如，60GHz 的电磁波路径损耗要 比5GHz 的电子波高出20 多个dB。同时，高频段传输以直射路径为主，绕射