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、天線陣列設計、波束賦形和訓練、大規(guī)模MIMO、新型復用方式、非正交、網絡密度、后向兼容性、C-RAN和H-CRAN、低時延和QoE、能量效率、5G應用、標準化。

關鍵詞 5G 挑戰(zhàn) 問題

中圖分類號：TP14 文獻標識碼：A

1毫米波頻譜特性

5G預計采用毫米波頻段（30-300GHz）。

毫米波相對于現(xiàn)在有的授權頻段來說并不利于無線通信.但是毫米波下大量的未授權的頻段能夠滿足快速增長的帶寬需求，相當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特性，包括大氣吸收、散射、衍射、折射、反射、多徑效應、多普勒效應等。

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，很多學者和研究人員正在研究室內、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一步去研究。信道模型的深入研究可以為新的空口技術和多址接入技術的研究奠定基礎。

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)特殊站點的設計對5G網絡的部署至關重要。在傳統(tǒng)蜂窩系統(tǒng)中對于這個問題的研究還相對較少，因此需要進一步的研究。

4天線陣列的設計

毫米波的波長較小，允許在有限的物理空間放置多達數(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。目前關于這點的研究主要集中在通過對BS和移動設備的天線陣列和架構設計來形成方向性的波束。

5波速賦形和波束訓練

方向性波束的形成主要是通過調節(jié)天線陣列的權重因子來實現(xiàn)。通過實時基帶模型、毫米波射頻電路和相關的軟件設計來實現(xiàn)方向性波束是值得研究的方向。適當?shù)牟ㄊx擇對于確保波束對準是有必要的。因此設計和研究波束訓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)是一個相當具有挑戰(zhàn)性的任務。在大規(guī)模MIMO系統(tǒng)下，基站的架構同傳統(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

異構連接、密集部署和一些新應用（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網絡的低時延要求。

8密集網絡

異構網絡是5G網絡的基本特征，因此基站密度是非常大的。快速干擾協(xié)調和消除，SDN，認知無線電網絡，自組織網絡能夠實現(xiàn)密集網絡的管理。盡管這些都是5G通信重要的候選技術，但是在5G場景下怎么應用還需要進一步去研究。

9后向兼容性

對于5G整體的架構需求已經有很多研究了，隨著LTE的大規(guī)模部署，對5G架構的后向兼容性顯得尤為重要。除了對5G獨立系統(tǒng)的研究，研究者還需關注怎么實現(xiàn)5G網絡同傳統(tǒng)的4G/3G網絡進行融合。

10 C-RAN和H-CRAN

C-RAN為5G網絡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，目前關于C-RAN對5G的貢獻的研究還比較少。再者許多研究者正在關注異構網絡同C-RAN的結合，它被稱為H-CRAN。融合C-RAN和H-CRAN的優(yōu)勢來實現(xiàn)5G網絡的設計是一件非常具有挑戰(zhàn)性的任務。

11能量效率

成本開銷和能量效率是5G系統(tǒng)設計需要考慮的兩個重要因素。基站的密度、帶寬的增加、傳輸功率消耗也是5G設計過程中需要考慮的問題。盡管已經有很多關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和相關的能效技術有助于系統(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合應該可以有效的實現(xiàn)能耗的降低，但是兩者的結合還需要進一步論證和研究。

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