近年來，第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)5g已經(jīng)成為通信業(yè)和學(xué)術(shù)界探討的熱點(diǎn)。5g的發(fā)展主要有兩個(gè)驅(qū)動(dòng)力。一方面以長期演進(jìn)技術(shù)為代表的第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)4g已全面商用，對下一代技術(shù)的討論提上日程；另一方面，移動(dòng)數(shù)據(jù)的需求爆炸式增長，現(xiàn)有移動(dòng)通信系統(tǒng)難以滿足未來需求，急需研發(fā)新一代5g系統(tǒng) [1] 。
5g的發(fā)展也來自于對移動(dòng)數(shù)據(jù)日益增長的需求。隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，越來越多的設(shè)備接入到移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中，新的服務(wù)和應(yīng)用層出不窮，移動(dòng)寬帶用戶在2018年有望達(dá)到90億，到2020年，預(yù)計(jì)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的容量需要在當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)容量上增長1000倍。移動(dòng)數(shù)據(jù)流量的暴漲將給網(wǎng)絡(luò)帶來嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。首先，如果按照當(dāng)前移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，容量難以支持千倍流量的增長，網(wǎng)絡(luò)能耗和比特成本難以承受；其次，流量增長必然帶來對頻譜的進(jìn)一步需求，而移動(dòng)通信頻譜稀缺，可用頻譜呈大跨度、碎片化分布，難以實(shí)現(xiàn)頻譜的高效使用；此外，要提升網(wǎng)絡(luò)容量，必須智能高效利用網(wǎng)絡(luò)資源，例如針對業(yè)務(wù)和用戶的個(gè)性進(jìn)行智能優(yōu)化，但這方面的能力不足；最后，未來網(wǎng)絡(luò)必然是一個(gè)多網(wǎng)并存的異構(gòu)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，要提升網(wǎng)絡(luò)容量，必須解決高效管理各個(gè)網(wǎng)絡(luò)，簡化互操作，增強(qiáng)用戶體驗(yàn)的問題。為了解決上述挑戰(zhàn)，滿足日益增長的移動(dòng)流量需求，亟需發(fā)展新一代5g移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò) [1] 。
基本概念
5g移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與早期的2g、3g和4g移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)一樣，5g網(wǎng)絡(luò)是數(shù)字蜂窩網(wǎng)絡(luò)，在這種網(wǎng)絡(luò)中，供應(yīng)商覆蓋的服務(wù)區(qū)域被劃分為許多被稱為蜂窩的小地理區(qū)域。表示聲音和圖像的模擬信號(hào)在手機(jī)中被數(shù)字化，由模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換并作為比特流傳輸。蜂窩中的所有5g無線設(shè)備通過無線電波與蜂窩中的本地天線陣和低功率自動(dòng)收發(fā)器（發(fā)射機(jī)和接收機(jī)）進(jìn)行通信。收發(fā)器從公共頻率池分配頻道，這些頻道在地理上分離的蜂窩中可以重復(fù)使用。本地天線通過高帶寬光纖或無線回程連接與電話網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)連接。與現(xiàn)有的手機(jī)一樣，當(dāng)用戶從一個(gè)蜂窩穿越到另一個(gè)蜂窩時(shí)，他們的移動(dòng)設(shè)備將自動(dòng)“切換”到新蜂窩中的天線 [3] 。
5g網(wǎng)絡(luò)的主要優(yōu)勢在于，數(shù)據(jù)傳輸速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于以前的蜂窩網(wǎng)絡(luò)，可達(dá)10gbit/s，比當(dāng)前的有線互聯(lián)網(wǎng)要快，比先前的4g lte蜂窩網(wǎng)絡(luò)快100倍。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是較低的網(wǎng)絡(luò)延遲（更快的響應(yīng)時(shí)間），低于1毫秒，而4g為30-70毫秒。由于數(shù)據(jù)傳輸更快，5g網(wǎng)絡(luò)將不僅僅為手機(jī)提供服務(wù)，而且還將成為一般性的家庭和辦公網(wǎng)絡(luò)提供商，與有線網(wǎng)絡(luò)提供商競爭。以前的蜂窩網(wǎng)絡(luò)提供了適用于手機(jī)的低數(shù)據(jù)率互聯(lián)網(wǎng)接入，但是一個(gè)手機(jī)發(fā)射塔不能經(jīng)濟(jì)地提供足夠的帶寬作為家用計(jì)算機(jī)的一般互聯(lián)網(wǎng)供應(yīng)商 [3] 。
網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)
峰值速率需要達(dá)到gbit/s的標(biāo)準(zhǔn)，以滿足高清視頻，虛擬現(xiàn)實(shí)等大數(shù)據(jù)量傳輸。空中接口時(shí)延水平需要在1ms左右，滿足自動(dòng)駕駛，遠(yuǎn)程醫(yī)療等實(shí)時(shí)應(yīng)用。超大網(wǎng)絡(luò)容量，提供千億設(shè)備的連接能力，滿足物聯(lián)網(wǎng)通信。頻譜效率要比lte提升10倍以上。連續(xù)廣域覆蓋和高移動(dòng)性下，用戶體驗(yàn)速率達(dá)到100mbit/s。流量密度和連接數(shù)密度大幅度提高。系統(tǒng)協(xié)同化，智能化水平提升，表現(xiàn)為多用戶，多點(diǎn)，多天線，多攝取的協(xié)同組網(wǎng)，以及網(wǎng)絡(luò)間靈活地自動(dòng)調(diào)整。