(完整word)5G移动通信网络中的关键技术

(完整word)5G移动通信网络中的关键技术(完整word)5G移动通信网络中的关键技术 第1章绪论1.1选题目的和意义移动通信网络发展到现在一共经历了4代，第一代是模拟技术，第二代实现了数字化语音通信，第三代是3G网络，已经能够实现基本的多媒体通信，第四代是我们目前已经离不开的4G网络，其标志着无线宽带时代的到来。而本论文所研究的5G移动通信网络指的正是第五代移动通信网络[[][]尤肖虎，潘志文，高西奇.5G移动通信发展趋势与若干关键技术［J］.中国科学:信息科学，2014，44(5):551－563．4G网络已经改变了我们的生活,使我们在能够足不出户的买到漂亮的服装和美味的食物，使我们能够更方便的远行,游玩，不再担心迷路或是无处可居。5G移动通信网络是4G网络的升级版,5G网络传输速度将会更快,传输功耗将会变得更低,成本也将更低，能够承载更多设备的接入.5G网络将会开启一个全新的时代，它瞄准的不再仅仅是人与人之间的连接，更包括了人与物，物与物的连接，将会实现的是整个社会的全面互联。随着5G网络的到来,每种类型的通信都会受到很大的影响。新的5G移动通信网络,面对高吞吐量需求的不断增长,需要通过增加无线网络的数据量，提高质量和服务，并降低价格来满足社会的需求，这些是5G网络的重要因素。移动网络，医疗保健,互联网上的各种视频和音频，游戏，安全监控,以及我们生活的各个方面都将会利用到5G网络。它也将在商业，工业，学校和社会中发挥重要作用，改善大学生，医生，飞行员和警察的生活等等。我们生活的地区5G网络的最大优点之一是其能够建立全球网络。这个全球网络是基于所有可用的通信。考虑可穿戴设备的人造智能可用性，可以帮助我们监测我们身体的活动,如心脏速率,血压和大脑的活动，并在线保持与中央卫生保健中心的沟通.5G移动通信系统想要满足2020年的移动互联网，物联网的需求，最关键的两点：快速，低功耗。而想要实现这两点，最重要的是对5G网络关键技术的选择。5G移动通信网络的实现需要足够的技术支持，而5G网络无线技术是支持5G网络成功构建的基石性技术,只有其无线关键技术确保达到目标，才有可能实现整个社区5G网络的覆盖。5G移动通信系统所需要加强的主要是无线技术和网络架构两个方面。本文主要讨论了5G网络无线技术的潜在核心技术，根据国际主流组织机构发布的关于5G网络的最新信息，将5G网络所潜在的无线关键技术,进行介绍,并选择其中之一,解释其原理，应用场景，优势和问题。尽快明确5G网络的概念,技术方向和其核心技术，这将对聚集全球产业力量，促进5G网络的发展具有十分重要的意义［[]IMT-2020(5G)PromotionGroup.5G[]IMT-2020(5G)PromotionGroup.5G无线技术架构白皮书[R].2015.1。2国内外研究现状移动通信具有全球统一的工业生态，形成国际统一的5G移动通信网络的标准已成为通信行业的共同声音.国际电联于2016年推出了5G网络技术性能要求和评估方式，计划于2017年底开始5G网络候选方案收集，并且将在2020年底实现标准的制定.同时国际上各个国家为了获得5G网络标准技术制定权，进行着激烈的竞争。美国：2012年7月，纽约大学设立了政府和商业组织的5G联盟。2015年9月7日，美国移动企业Verizon宣布，开始5G通信网络的试用,并在2017年于美国一些城市使用。2016年7月，美国通信委员会宣布，将为5G网络通信开通24GHz以上的频段,并发布无线电通信研究计划（AWRI），以促进5G网络研究与发展,并确定未来七年投资4亿美元用于5G通信网络的研究，并且AWRI将在FCC允许的5G网络频率范围内，在4个城市中进行5G网络试验。欧盟：2015年9月,欧盟成立了国际顶尖的5G创新中心.在2015年移动世界大会上，欧盟委员会和欧洲的技术行业提出了关于发展欧洲5G网络通信技术和构建5G网络基础设施的愿景.一年后，欧洲数字经济与社会事务专员在2016年移动世界大会上宣布，欧洲已经开始制定一这项行动计划，到2020年在欧盟部署5G网络技术。2016年7月，欧洲的通信行业发布了《5G宣言》，11月10日发布了欧洲5G网络频谱战略，确定5G网络初期频谱部署计划.日本：2013年10月，日本的无线工业和商贸联会设立了5G研究组，研究5G网络系统构成与无线接入技术。2014年5月,日本NTT其他各国的通信企业展开5G网络联合实验，并在2015年11月，该公司实施的5G网络试验中，在商业区以70GHz频段接收到信号,实现了超过2Gbit/s无线传输.韩国:2013年6月韩国成立5G论坛，并提出5G网络发展战略.2014年1月，韩国宣布投资1。6万亿韩元用以5G网络核心技术的开发.2016年7月，韩国电信和美国Verizon运营商在关于5G移动通信网络中形成统一标准，加速了韩国5G移动通信网络的商业化。2016年10月，韩国的移动运营商SK电讯声明，将在韩国成立5G移动通信网络研讨中心。中国：2013年2月，我国政府部门工业和信息部、科技部成立了“IMT-2020推进组”,提出中国将在5G网络标准制定中，发挥主导作用的目标。2014年1月，我国台湾地区进行了5G网络发展产业和策略会议，并成立了专门的部门来推进5G网络的长期发展。2016年5月31日，由美洲5GAmerica、日本5GMF、韩国5G论坛、欧盟5GPPP、中国IMT—2020推进组联合主办的第一届国际性的5G大会在北京召开。2017年1月,由我国工业和信息部发表的《信息通信行业发展规划》中明确指出,支持5G网络研究和相关技术测试，加快5G网络频谱规划。2017年3月，政府工作报告中指出要加快5G网络技术研发。1。3论文内容与组织结构本篇论文主要是介绍5G移动通信系统的概念并分析和对比5G网络的无线关键技术。第一章主要介绍本文选题的目的和意义，简单的介绍了通信领域的发展，现在国际上各国和各组织对5G移动通信网络的研究与进展。第二章专门对5G网络进行了介绍，什么是5G网络、5G网络的标志、5G网络的技术指标、应用场景、技术方向、还有5G网络所面临的挑战。第三章将介绍四种5G移动通信系统潜在的无线关键技术，并进行应用场景、技术优势、面临的挑战上的分析，使阅读本篇论文的各位学者对大规模天线技术、全频段接入技术、超密集组网技术和新型多址有所认知。第四章将前面所提到的大规模天线技术专门提出来进行较为详细的分析,将其系统模型与传统的天线技术进行对比，并从大规模天线系统的频谱效率，传输过程等方面进行研究，将其与传统的天线技术MIMO技术进行对比，说明大规模天线技术所具有的优势。第五章为全文总结,总结本文所介绍的内容与进行的工作。第2章5G移动通信网络2.15G网络简介5G网络是指第五代移动通信网络.5G移动通信网络将会形成一个万物连接的系统,创建一个完全移动和完全关联的社会。5G网络主要包括生态，客户和商业模式三个方面，在5G移动通信网络当中将软件和硬件分开研究，并引入数据中心的云化，虚拟化的概念［[]TULLBERGH,POPOVSKIP,GOZALVEZ-SERRANOD,etal.METISsystemconcept:theshapeof5Gtocome[J].IEEECommunicationsMagazine,2015.[]TULLBERGH,POPOVSKIP,GOZALVEZ-SERRANOD,etal.METISsystemconcept:theshapeof5Gtocome[J].IEEECommunicationsMagazine,2015.到目前还没有官方的5G网络，也没有全球统一的标准，尽管它们正在进行中.具体标准可能因源而异,但都指向相同类型的改进：更快的速度，更高的容量，更高的可靠性,更低的延迟。5G网络的预期速度范围为千兆位到几十千兆，但在这个时候，我们还不知道真正的5G网络将如何.5G移动通信网络将对智能技术产生巨大影响，其速度,延迟，网络弹性和电力消耗都有所改善，特别是允许各种设备和传感器实时有效地通信。5G网络会使物联网的应用成本降低很多。Verizon，英特尔,高通，华为,爱立信，三星等企业已经在为5G网络技术进行各方面的测试，这些测试结果将影响到5G的标准的制定。5G移动通信网络的将会使用毫米波来传输信息，这是5G移动通信网络提升速度的关键。由于毫米波的波长短，能够缩小发射天线和接收信天线的尺寸，这为大规模天线系统的部署提供了支持。2017年2月9日,国际通信标准组织公布了5G移动通信网络的Logo。如图2.1所示图2。15G的Logo2。25G应用场景5G网络的应用场景如图2.2所示,所有事物都相互关联，人与事物，事物与事物连接.数据云化，远程操作不再受空间的约束。VR（虚拟现实）、AR（增强现实）等将成为主流的设备，无人驾驶车辆将会真正实现。获取内容的方式更多将是视频，直播等形式。正如两个世纪前工业革命期间新技术的出现在改变了我们的生活,今天我们正在经历另一次技术革命，5G网络将使我们的城市环境现代化，以配合我们的生活［[][]中兴通讯.Pre5G,用技术创新勾画5G蓝图[J].通信产业报,2014(34).图2。25G网络应用场景2。2。1车联网无人驾驶。当我们做在车上时，汽车可以自动检测出路上的风险,如果汽车行驶时离前方车辆很近，将会降低驾驶速度到安全距离.而且在车辆并行的过程,能判断和自动调整左右车的距离,大大提高交通安全。而在这种行驶中，需要具有超高速处理能力来处理巨大的数据。这些将5G移动通信网络中得以实现。2。2。2VR(虚拟现实）VR已经成为展览的宠儿。但是现在VR还能不能融入我们的生活.只有当5G网络时代到来后VR才有可能真正实现普及。 在5G网络时代VR将得到真正的利用，无线VR设备，只需要一个头戴显示器，便能够随时从云端获取到内容，VR需要解决的关键问题是如何实现高速运行的游戏以及低延迟同步数据，这需要5G网络所提供的高速度和低延时,在5G移动通信网络的时代VR技术将会真正的应用到生活.2。2.3远程医疗保健远程医疗与保健，利用应用程序来监测身体的状况,自动分析并汇报健康状况，给出合理建议,自动调节减轻患者的压力，特别是当病人面临突发情况时,可以利用5G网络的超高的可靠性和极低的延迟，远程控制对病人进行简单治疗。5G网络技术将使远程医疗和保健将得到广泛应用。远程医疗保健可能彻底改变现代医疗机构的运作方式，医疗服务将与网络密切相关,通过连接和装备构成远程医疗保健生态系统，使使患者病情能被及时采集并能分析得出结论。2。2.4物联网 在关于5G网络讨论中，物联网是最热门的话题。人和机器间的通信将更加方便,几乎没有延迟。更高带宽和速度，能使机器可以更快速地处理大量的命令并快速反馈。智能应用也将在日常生活中随处可见，如停车场，体育馆,购物网站的智能转型。5G网络将带给物联网未来，实现万物互联，智慧城市。2。35G网络的要求5G网络的目标是提供一个很高的数据传输速率给众多的用户。它还支持模拟用于部署大量传感器的连接。相比4G，5G移动通信网络的频谱效率有明显的提升。电信领域一直在经历新一代移动网络，几乎每10年出现1代。预计在5G网络时代,通信网络将拥有更高的峰值比特率，能同时处理更多的数据，连接更多的设备,更高的频谱效率，更低的电池消耗，更低的停机概率，更高的覆盖范围和更大的比特率，更低的延迟,较低的基础架构部署成本和更高的安全性。5G移动通信网络的计划部署时间是2020年[[]LIY,WANGQ,ZHONGZD.IEEEInternationalSymposiumonAntennasandPropagation&USNC/URSINationalRadioScienceMeeting.c2015:1808-1809[]LIY,WANGQ,ZHONGZD.IEEEInternationalSymposiumonAntennasandPropagation&USNC/URSINationalRadioScienceMeeting.c2015:1808-1809NextGenerationMobileNetworkAlliance(下一代移动网络联盟）定义了5G网络的以下要求：（1）数万用户同时使用时，数据传输速率达到10Mbps；(2）同时向同一楼层的办公人员提供服务时,数据传输速率达到1Gbps;（3）支持数十万个设备同时连接,支持大量的传感器网络部署;（4）频谱效率显着提高；（5)覆盖率高于4G;(6）加强信号效率;（7）延迟显着低于LTE。2.45G网络的技术方向5G网络中还有许多潜在的无线技术[[]GUPTAA,JHARK.Asurveyof5Gnetwork:architectureandemergingtechnologies[J].IEEEAccess,2015,3:1206-1232］正在研究，根据国际上对通信的需求，[]GUPTAA,JHARK.Asurveyof5Gnetwork:architectureandemergingtechnologies[J].IEEEAccess,2015,3:1206-1232C=Blog2(1+S/N）（2—1)公式（2—1)中B是信道带宽（Hz），S是信号功率（W），N为噪声功率（W），C是最大传输速率（bit/s）。由公式可以看出，信道传输速率C与信道带宽B正相关，为了提升最大传输速率C需要增大信道带宽B。图2。35G网络提升速率的三个基本方向提高传输速率是5G移动通信网络的关键，如图2.3所示,提升传输速率主要有三个方向：(1）更密集的布局,单位面积内增加基站或小型终端的数量。（2)扩展新的频谱范围，使用新的频段。（3）提高频谱效率,通过大规模天线技术，提高使每单位频谱资源的传输速率上升。2.55G网络面临的挑战整合各种标准，提供共同平台并建立合适的基础设施是5G网络是设计中最重要的挑战。在建立5G无线网络时，需要在三个主要类别下解决问题。首先，从预期的5G网络，它应该能够提供巨大的容量和连接。第二,5G网络将支持各种服务，以及与不同生活领域内相关的用户。第三点建立5G网络利用所有可用容量,灵活满足并部署于各种不同网络场景。移动网络越来越多地覆盖了我们日常沟通的各个方面。所以这些网络应该能够提供具有适当QoS［[]AGYAPONGP,IWAMURAM,STAEHLED,etal.Designconsiderationsfora5Gnetworkarchitecture[J].CommunicationsMagazine,IEEE,2014,52(11):65-75.]的连接并且具有高度的可靠和安全。为实现这些目标，[]AGYAPONGP,IWAMURAM,STAEHLED,etal.Designconsiderationsfora5Gnetworkarchitecture[J].CommunicationsMagazine,IEEE,2014,52(11):65-75.5G网络的最终目标是支持所有的设备，从网络汽车到可穿戴设备到家用电器等等。5G网络的主要目标之一是构建智能城市,提供其所需的基础设施.这些聪明的城市将会提供移动工业自动化，车载连接和其他应用,这些都需要网络提供低延迟和高可靠性的连接。随着移动业务日益多元化，服务范围越发广泛，需要不同的性能要求.图2.4显示了一个概述5G网络的要求,如网络遍及，延迟和连接数量。图2。45G网络服务和场景的要求.根据图2。4，设计中有几个重要的挑战，为了满足提供超高清视频和虚拟现实应用的要求,5G网络应能够支持至少1Gb/s或更高的数据速率。图2-4清楚显示5G网络预计将有多大的改善以满足所有的要求：无线接入技术之间的数据速率，延迟，切换时间，能源和能源消耗。一般来说，5G网络的潜在要求包括在交通负荷中增加容量，峰值数据速率为5—10Gbps,频谱效率为10bps/Hz,对于用户，等待时间为1ms，另一个要求是移动性最高速度高于350公里/小时，切换时间低于10毫秒，网络的可靠性非常高.

第3章5G网络中的一些关键技术3.1大规模天线2010年,贝尔实验室，托马斯在《无线通信》[[]MARZETTATL.Non-cooperativecellularwirelesswithunlimitednumbersofbasestationantennas[J].IEEETransactionsonWirelessCommunications,2010,9(11):3590-3600.]中介绍了大规模多天线技术(MassiveMIMO）应用在5G移动通信中可能产生的效果。大规模天线技术可以提高数百倍的系统容量，被业界认为是5G移动通信网络中的关键无线技术。与以前的单天线和4/8天线系统相比，大规模天线技术可以提高时域、空域和频域的频谱效率。大规模天线的动态组合可以使用波束[]MARZETTATL.Non-cooperativecellularwirelesswithunlimitednumbersofbasestationantennas[J].IEEETransactionsonWirelessCommunications,2010,9(11):3590-3600.[]E.G.Larsson,F.Tufvesson,O.Edfors,andT.L.Marzetta.MassiveMIMOfornextgenerationwirelesssystems.IEEE.20143。1.1大规模天线技术的应用场景大规模天线系统的主要应用场景如图3。1,分城区覆盖和郊区覆盖、无线回传和局部热点。基站之间的基本数据传输、宏站和小型终端之间的数据传输问题主要依靠无线回传来处理。较偏僻地区的无线传输依靠郊区覆盖来处理，大型赛事、演唱会、商场、交通枢纽等用户密度高的地区就需要局部热点来解决传输问题.图3.1大规模天线技术的应用场景3.1。2大规模天线技术的优势（1）大量提升网络容量。其波束赋形的定向功能能够极大提升频谱效率，大幅度提高网络容量.(2）能够减少单位硬件的成本。波束赋形的信号叠加增益功能使得每根天线只需以小功率发射信号，从而避免使用昂贵的大动态范围功率放大器，减少了硬件成本。（3）低延时通信。大数定律造就的平坦衰落信道使得低延时通信成为可能。传统通信系统为了对抗信道的深度衰落，需要使用信道编码和交织器，将由深度衰落引起的连续突发错误分散到各个不同的时间段上,而这种过程导致接收机需完整接受所有数据才能获得信息，造成时延。在大规模天线下，得益于大数定理而产生的衰落消失，信道变得良好，对抗深度衰弱的过程可以大大简化,因此时延也可以大幅降低。(4）与毫米波技术形成互补。毫米波拥有丰富的带宽，但是衰减强烈,而波束赋形则正好可以解决这一问题 3。1。3大规模天线技术所面临的挑战大规模天线技术还有许多问题需要解决，从理论上的研究来看，底层的研究面临许多困难.在实际部署中,硬件成本也是必须解决的问题之一.以下是一些大规模天线技术所需要解决的问题： （1）信道估计和建模。在大规模天线系统中，天线不再固定组合而移动的用户终端也变得更多,使传统的信道估计不再实用。天线阵列的分配将受到用户所在位置的影响，基站端需要能够依靠信道的移动性和空间中的能量的连续性来实现最佳或更好的信道估计。 (2）商业布置的成本控制。随着5G网络基站天线数量的大幅增加，大规模天线系统将使用更多的天线，为了控制成本,需要解决在不同情况下应该布置多少天线的问题,在部署前控制好成本。将大规模多天线系统的设计，制造,安装，等成本降低,使商业部署得以实现。3。2超密集组网为了满足将来移动网络数据流量增大数百倍，将用户体验速率提高数百倍的要求，除了增加频谱带宽和使用大规模天线技术提高频谱的效率，提高空间重用的程度也是提高5G网络无线系统容量的有效的方法。以前无线通信网络采用单元划分方式来减小区半径,但是随着现代小区覆盖的减小，单元划分变得难以实现，需要超密集网技术,在数据使用量大的区域放置小型基站。结构如图3.2所示.图3.2超密集组网的结构示意简图面对移动通信网络中数据使用大幅度增长的问题,使用超密集组网技术是一种有效的方法［[]杨峰义[]杨峰义,张建敏,谢伟良,等.5G蜂窝网络架构分析[J].电信科学,2015,31(5):46-56.3。2.1超密集组网技术的优势(1)移动性能提升由于小型基站部署在宏基站的内部,可以始终保持宏基站与微基站之间的连接。微基站能够给用户提供连接，用户通过小型微基站就可以实现信息的添加，修改和删除.（2）资源利用率提升宏基站可以通过统一控制和管理小型基站,对小型基站动态开/关等给予协调管理，进行优化控制，提高整体的网络容量和资源使用效率，降低能耗。超密集组网络技术可以使终端在一些地区和发射节点之间的距离变得更近,能够得到更多的频谱，提升业务效率、频谱效率、大大提高系统容量[[]LIQC,NIUHN,PAPATHANASSIOUAT,etal.5Gnetwork[]LIQC,NIUHN,PAPATHANASSIOUAT,etal.5Gnetworkcapacity:keyelementsandtechnologies[J].IEEEVehicularTechnologyMagazine,2014,9(1):71-78.3。2。25G网络的超密集组网技术面临的问题与挑战（1）干扰现象在超密集组网中，由于各个节点之间的距离很小，信号将会将会互相干扰，主要类型是:共享频谱资源之间的干扰，相同频率之间干扰。在实际的应用中，如何有效的进行节点之间的协作,消除干扰已经成为一个关键问题,而现在业界提出的一系列的技术方案，尚未得到验证，效果依然需要测试。（2）信令负荷将小型基站大量的部署，使信号所覆盖的区域变得更加不规则，覆盖区域的边界数量增加，使信号需要通过更多的变换和切换.4G所使用的分布式交换算法信令负载会随着覆盖密度的增加以二次方趋势增加，这大大增大了网络控制信令的负载。现在超密集组网如何减少信令负荷是必须解决问题[[]YANGFY,WANGH,MEIC,etal.Aflexiblethreeclouds[]YANGFY,WANGH,MEIC,etal.Aflexiblethreeclouds5GmobilenetworkarchitecturebasedonNFV&SDN[J].CHINACommunication,20153.3全频谱接入全频谱接入技术是指通过有效的使用各种通信频段：高频段和低频段、连续频谱和不连续频谱等资源来提高数据传输速度和效率。所涉及的频带包括低于6GHz的低频带和6-100GHz的频带。选择频段时应遵循以下原则［[]IMT-2020(5G)PromotionGroup.whitepaper,wirelesstechnologyarchitecturefor5G[R].2015.[]IMT-2020(5G)PromotionGroup.whitepaper,wirelesstechnologyarchitecturefor5G[R].2015. （1）候选频段需要支持移动业务，并与频段内的其他现有业务兼容，以避免不同系统之间的干扰. （2)候选频段需要具有宽的自由连续频谱，以满足5G网络高速率的传输。 (3）候选频带需要具有良好的传播特性。由于卫星，广播，和地面的多种服务使用的频谱密集分布在6GHz以下，如图3。3所示5G网络的频谱资源在6GHz以内可以用于低频带的频谱资源极为有限，无法满足5G网络的开发需求,必须开发6GHz以上的高频段。超过6GHz的连续频谱资源非常丰富,非常适合未来增强的移动宽带高速连续大宽带需求［[]高频通信研究报告[R].中国电信股份有限公司.2015.[]高频通信研究报告[R].中国电信股份有限公司.2015.图3.36GHz以内频谱资源的使用情况3。3。1全频谱接入的应用场景全频谱接入技术覆盖了较大的频率范围,频段间具有不同的特点和优势，通过频谱资源的灵活的部署，全频谱接入技术将满足未来5G网络需求的三大场景［[]3GPPTR38.900.Channelmodelforfrequencyspectrumabove6GHz[S].2016.[]3GPPTR38.900.Channelmodelforfrequencyspectrumabove6GHz[S].2016. （1）EMBB（增强型移动宽带）场景：6GHz以下的低频带资源传播特性更适合满足增强覆盖的需要，而高频带提供连续的大带宽，尽管高频带的衰减很大，覆盖面不好，但可以部署在热点区域，以提高速率和系统容量.所以高频和低频协作是满足EMBB场景的基本手段。 （2)MMTC（大规模机器类通信）场景：由于大规模机器类通信的速率要求较低,但对于覆盖范围有较高的需求，故MMTC场景主要使用小于6GHz,特别是低于1GHz的频带。已经确定,在物联网中使用800M和900M频带中的窄带频带,能够满足大规模机器的通信需求。 （3）UMTC（超可靠和低延迟通信）场景：UMTC场景需要超高的可靠性，因此频段的选择将独立分配授权频谱。3.3.2全频段接入技术的优势了解每个频段的特征是设计通信系统的基础，国际上对6GHz以下频段的频谱特性进行了很多的研究，并且高频渠道特点的研究已经成为全频谱接入技术的关键项目.通过研究5G网络候选频带的信道传播特性并组合信道测量结果，构建高频信道模型，分析每个频点的使用场景,选择最合适的频带[[]ITU-RreportM.TechnicalfeasibilityofIMTinbandsabove6GHz[S].2015.］[]ITU-RreportM.TechnicalfeasibilityofIMTinbandsabove6GHz[S].2015.在高低混频网络中，使用了控制面和数据面分离技术，当终端处于数据密集区域时，由低频蜂窝网络来负责控制面的传输，高频蜂窝网络负责数据传输。而当终端在非高频基站覆盖的非是数据密集区时，控制面和数据面通过低频蜂窝网络传输。高频混合网络技术的使用可以有效地解决热点面积的速率和流量要求,而低频基站广泛覆盖可以减少基站数量，降低网络部署所需的成本。3.3.3全频段接入尚存在的问题与低频设备技术和产业链相比，移动终端高频设备研究还处于起步阶段。目前的6—100GHz元件在微波产品已经得到广泛使用，但现有的移动终端硬件技术不能支持高于6GHz的高频带。高频带对于硬件的冲击主要在于射频模块，其中支持高频射频芯片需要修改射频核心,将导致整个射频芯片的设计变化。目前支持高频射频前端还没有实现小型化,无法集成到手机等小型移动终端。另外,随着频率的增加，天线的尺寸会减小，这将有利于大规模天线技术的部署，未来的移动终端也可以通过集成更多的天线来实现性能。目前，高频设备存在诸多问题，设计难度大，设备成本高,需要开发5G网络技术和加大产业链的投资[[]ITU-RM2083-0.IMTVision–FrameworkandoverallobjectivesofthefuturedevelopmentofIMTfor2020andbeyond[S].2015.[]ITU-RM2083-0.IMTVision–FrameworkandoverallobjectivesofthefuturedevelopmentofIMTfor2020andbeyond[S].2015.3.4新型多址技术移动通信多址接入技术是为了满足多用户同时通信的需求,在用户同时通话时，能够防止相互干扰［[][]谢显中．第5代移动通信基本要求与新型多址复用技术［J］．重庆邮电大学学报:自然科学版，2015，27(04):435－440．根据信道类型，可以使用特定的多址技术进行通信。多址接入技术是现代移动通信系统的一个重要特征，在很大程度上，多址接入技术是移动通信技术发展的关键。下表3。1为四种新型的多址技术:表3。1四种多址技术的比较多址技术关键技术优点缺点非正交多址接入（NOMA）1SIC（串行干扰删除）检测2功率域复用1无明显远近效应2上下链路的频谱效率提升3下行链路吞吐量提升1。接收机复杂度高2。功率复用技术仍在研究中稀疏编码多址接入技术（SCMA）1低密度签名算法2高维调制技术3通过MPA进行近似最优检测1频谱效率提升3倍以上2上行链路系统容量提升3相较于OFDMA，下行链路小区的吞吐量提升，增益提升1最优码的设计和实现比较难2用户间干扰增加图分多址接入（PDMA）1适合复杂度的SIC的联合/整体设计2低复杂度最大似然SIC检测1下行链路频谱效率提升1。5倍2上行链路系统容量提升2—3倍1图样的设计和最优化的实现较难2用户间干扰增加。多用户共享接入（MUSA）1SIC检测2复数域多元码3叠加编码和叠加信号扩频技术1较低的块出错率2支持大规模用户接入量1传输信号的设计比较难2用户间干扰增加

第4章大规模天线传输技术4。1大规模天线系统设计大规模天线系统中，受到5G毫米波技术的影响，使得天线尺寸能够足够的小,在单位面积内可以布置大量的天线，根据以往4G所采用的8根天线的MIMO系统［[]F.Rusek,D.Persson,E.G.Larsson,T.L.Marzetta.ScalingupMIMO:Opportunitiesandchallengeswithvery[]F.Rusek,D.Persson,E.G.Larsson,T.L.Marzetta.ScalingupMIMO:Opportunitiesandchallengeswithverylargearrays.IEEESignalProcess.2013.图4.1大规模天线系统架构设计设计的大规模天线系统如图4.1，在该大规模天线系统中,实现空间分集和空间复用功能是以子天线块为单位，每个子天线块相当于多天线中的每个子天线，图4.1中所示的每个终端，至少接收2个子天线块发送的信号以实现空间分集。利用10个子天线块来支持4个终端，使该大规模天线系统可实现空间复用。而实现波束赋形功能同样是以子天线块为单位，每个子天线块是一个阵元数为n×m×q的阵列模块，所以图4。1中的每个子天线块发送的信号都是赋形波束。该系统中,由N×M个子天线块组成的多天线是一个二维系统，由n×m×q的阵元组成的阵列是一个三维系统,所以，该大规模MIMO天线中的总阵元数为N×M×n×m×q，是一个真正的大规模天线系统。4.2系统模型上的优势将传统MIMO系统和该大规模天线系统的的系统模型进行对比,从基本模型对比来说明大规模天线系统的优势.4.2。1传统MIMO系统MIMO技术在通信领域的早期便已经被提出,其能够增强通信。传统通信系统，一开始为单对单，即只有一个发射端,一个接受端,随着通信系统不断的发展，天线系统也在不断的发展,先后出现了多输入对单输出的天线系统和单输入对多输出的天线系统,并在20世纪90年代中期，多输入多输出的天线系统，MIMO（MultipleInputMultipleOutput）系统应时而生。多输入多输出天线系统对为通信系统频谱效率的提高极为有效，MIMO系统成为通信领域中不可缺失的重要组成。（1)MIMO系统模型MIMO系统如上面所述，为多输入多输出的天线系统，其在接收端和发射段都使用多个天线单元，数据能够分解并利用多个天线来同时进行发射和接收,这种将数据先分解成小片段,然后并行发射，接受后在恢复,能够极大的提高传输的速率。图4。2MIMO系统的简化模型MIMO系统的传输模型如图4.2示,在MIMO天线系统的发射端有M根发射天线，在MIMO系统的接收段有N根接收天线,这样,整个天线传输链路就可以达到M×N条，用H来表示。H=h11…h1m⋮⋱⋮hn1其中H∈CN×M,Hnm表示第n根天线发射到第m根天线的通信r=Hy+n（4其中y∈CM×1表示发射端发送的数据,4。2。2大规模天线系统 大规模天线系统在第三章已经进行过简单的介绍，大规模天线系统是一种形式的MU—MIMO（多用户多入多出）系统，其中基站端天线的数量很多。在大规模天线系统中，数百或数千个基站天线同时为相同频率的数十或数百个用户提供服务资源.大规模天线中基站的部分将装备大量的天线，大概100及以上,并能够同时的服务某一单天线的终端，大规模天线系统的天线结构如图4.3所示。图4。3大规模天线技术的结构(2）大规模天线系统的系统模型如图4.4所示图4.4大规模天线系统的简化模型 如图4。4所示的大规模天线系统[[]C.Shepard,H.Yu,N.Anand,L.E.Li,T.L.Marzetta,R.Yang,andL.Zhong,“Argos:Practicalmany-antennabasestations,”inProc.ACMInt.Conf.MobileComputingandNetworking,Aug.2012］,当有L个小区时,在小区的基站端布置N根天线，同时为随机的分布到小区中的K个终端提供服务。对[]C.Shepard,H.Yu,N.Anand,L.E.Li,T.L.Marzetta,R.Yang,andL.Zhong,“Argos:Practicalmany-antennabasestations,”inProc.ACMInt.Conf.MobileComputingandNetworking,Aug.2012Hj,l=h1,J.K.L⋯h 其中Gi,l=g1,j,1,l⋯g1,j,n,lDi,j=dj,1,l⋯0⋮⋱⋮4。2。3大规模天线系统的优势根据MIMO系统的模型和该大规模天线系统模型的对比，该大规模天线系统的基站端的天线的数量有大幅度的增加,而且能够通过小区的基站为另一小区提供服务。根据最基本天线系统的信道矩阵便可以看出大规模天线系统的通信链路有明显的增加，能够在同一时间传输更多的信息。4.3系统频谱效率上的优势本节主要通过简单介绍MIMO系统的频谱效率和大规模天线系统的频谱效率来从信息传输容量上说明大规模天线系统的优越性。频谱效率是指在通信系统中的带宽限制下，可以传送的数据的总量.它是在有限的频谱下，物理层通信协议能达到的使用效率的量度[[]G.Miao,J.Zander,K-WSung[]G.Miao,J.Zander,K-WSung.MobileDataNetworks,CambridgeUniversityPress,ISBN1107143217,20MIMO系统的频谱效率MIMO天线系统在发射端装备N条天线，在接受端装备M条天线，当一定时间内通信链路不变时，系统的频谱效率[[]GoldsmithA,[]GoldsmithA,JafarSA,JindalN,etal.CapacitylimitsofMIMOchannels[J].SelectedAreasinCommunications,IEEEJournalon,2003,21(5):684-702C=log2(detInSNR表示信噪比,H为通信信道，N为发射端天线数。当天线信道具有良好的非相干性时，可以看作为min⁡(M,N)个并行子信道,每个子信道理论上都拥有shannon（香农限）信道容量极限。相对于MIMO天线系统之前的天线系统，MIMO天线系统的频谱效率已经得到了显著的提高,但是MIMO系统的频谱效率需要特定的的信道状态之下条件才能获得，在信道相关性较强的MIMO系统中,传输机制会被破坏，无法再提高系统频谱效率.4。3。2大规模天线系统上行链路在基站端上行链路［[]H.Q.Ngo,E.G.Larsson,andT.L.Marzetta.[]H.Q.Ngo,E.G.Larsson,andT.L.Marzetta.UplinkpowerofmultiuserMIMOwithverylargeantennaarrays.Urbana-Champaign,Illinois,US,Sep.2011. yu=ρuHxu在公式（4—7）中，xu为所有的发送信号，xku是发送信号xu中的第K个元素,H是上行信道的矩阵（单小区）， 大规模天线系统的频谱效率为：C=log2(detIN+ρu在过去的实验中已经可以检测出如式(4-8）的系统频谱效率。当在基站端放置大量天线，甚至趋于无穷时,信道向量趋于正交，这时可以无视终端之间的干扰。4。3。3大规模天线系统下行链路在大规模天线系统的下行链路端［[]M.Kobayashi,N.Jindal,andG.Caire,TrainingandfeedbackoptimizationformultiuserMIMOdownlink,IEEETrans.[]M.Kobayashi,N.Jindal,andG.Caire,TrainingandfeedbackoptimizationformultiuserMIMOdownlink,IEEETrans.Aug.2011.ys=ρsHTxsxs表示从基站端发送出的信号，ns是零均值复高斯分布的加性噪声,ρs为下行传输功率。通过功率分配大规模天线C=maxPlog2(detIN+P为正对角矩阵，通过功率配置，可达到最高的频谱效率。天线数越大，就越容易得到接近信道容量的速率。4.3.4大规模天线系统在频谱效率上的优势结合上述频谱效率公式，将公式（4—6）和（4-8)对比，当天线数量很大时，大规模天线技术上行链路的传输效率相对于传统MIMO系统的频谱效率有显著提高.将公式（4—6）和（4-10）对比，天线数量越大,大规模天线系统下行链路的频谱效率相对于传统的MIMO系统越具有优势。大规模天线系统可以通过增加天线系统的中天线的数量来提高通信系统的频谱效率[[]LarssonEG,EdforsO,TufvessonF,etal.fornextgenerationwireless[]LarssonEG,EdforsO,TufvessonF,etal.fornextgenerationwirelesssystems[J].arXivpreprint.2013面对通信可靠性的要求以及用户密度的始终增加。未来的无线通信需要新的技术，大规模天线系统可以满足这些需求。考虑上行链路传输(相同的参数可以用于下行链路传输。）有利传播的条件(用户之间的信道向量和基站成对正交)，上行链路传输的总容量为Csum=Klog2(1+Mρ在（4-11）中,K是复用增益,M为阵列增益.当M和K很大时时，可以获得很大的光谱效率和能量效率，增加K和M,可以同时为更多用户提供更大的数据吞吐量.此外，加倍基站端天线的数量，可以将发射功率降低,而保持原有的服务质量。4.4传播过程中的优势4。4.1传输关键参数 无线数据传输，要考虑的关键参数是无线吞吐量（比特/秒）其定义为：吞吐量=带宽(Hz）×频谱效率(位/s/Hz）.显然，为了提高吞吐量，需要增加带宽或频谱效率［[]H.Yin,D.Gesbert,M.Filippou,andY.Liu.Acoordinatedapproachto[]H.Yin,D.Gesbert,M.Filippou,andY.Liu.Acoordinatedapproachtochannelestimationinlarge-scalemultiple-antennasystems.IEEE.2013.在无线通信中，发射机和接收机之间传输的信号被衰落和衰减是由于多路径传播和传播过程中的障碍造成的.具有多输入多输出天线（MIMO）的传输是一种能用来提高通信的可靠性的技术。通过多个天线,可以发送多个数据流，因此，可以显着改善通信的复用增益容量。MIMO系统在过去几十年中得到了极大的关注现在已被纳入几代新一代无线标准。4.4.2MIMO系统传输原理如图4。6所示，在发送端首先是对将收集到的信息和想要发送的信息进行数字调制，使信息变成能够被传输的数据，然后再将调制之后所形成的数据进行串并之间的转换，将一段串行的数据转换成多段能够同时传输的并行数据，再将通过空时编码后的每一段数据或几段数据分配给一根天线，最后通过天线将数据进行传输.在接收端，整个过程与发射的顺序刚好反过来，是通过天线接收到所需要信息的数据，然后在反空时编码,再由并行数据转为串行数据，然后通过解调,将数据还原成信息。图4.6MIMO天线系统的传输过程4。4。3MIMO系统的缺陷与大规模天线系统的优势在天线系统中，对信号传播的容量、速率和传播可靠性提高主要是依赖空间分集，空间复用和波束赋形。其中空间分集是指在基站或终端设备使用多根天线接受相同信号，用以提高接收到的信号的质量。空间复用是指在同一频带上通过接受端和发射端的多根天线同时发送数据,来提高传输的容量.波束赋形是通过对天线阵列一些调整,使得天线发射出来的信号具有指向性，其能够减小信号传输过程中受到的干扰,大大提高信号传输的可靠性[[]A.[]A.Pitarokoilis,S.K.Mohammed,andE.G.Larsson.Ontheoptimalityofsingle-carriertransmissioninlarge-scaleantennasystems.IEEEWirelessCommun.Aug.2012传统MIMO天线系统中，天线的尺寸受到实际情况的限制[[]J.Hoydis,S.tenBrink.theUL/DLofcellularnetworks.IEEEJ.Sel.AreasCommun.Feb.2013.]。在4G时代，信号传播的主要频率小于3GHz，波长大于10厘米，使天线的尺寸大小受到限制导致基站和终端上所能布置的天线数很少，而这样的小数量的天线,使得空间复用，空间分集和波束赋形的作用受到约束。而在5G网络中将信号的传输将采用毫米波，毫米波的波长要短的多，能够使天线尺寸减小到毫米级,从几何尺寸上为大规模天线系统的实现提供了基础，能够使基站中建立存在数十个根，数千根的大规模天线系统。如图4。1[]J.Hoydis,S.tenBrink.theUL/DLofcellularnetworks.IEEEJ.Sel.AreasCommun.Feb.2013.4。5小结在本章中根据4G现在正在使用的MIMO系统，设计了一种可行的大规模天线系统，并从其系统模型、频谱效率、传播过程三个方面详细分析了该大规模天线系统相对于现在4G所使用的MIMO系统所具备的优势。在系统模型上该大规模天线系统中天线布置数量大大增加，并且在覆盖区随机均匀的分布单天线的终端,显著提高了通信链路数量和通信效率。在频谱效率上由公式（4-6）和（4—8)对比，当天线数量很大时，该大规模天线技术上行链路的传输效率相对于传统MIMO系统的频谱效率有显著提高。将公式(4-6）和(4—10）对比，天线数量越大，大规模天线系统下行链路的频谱效率相对于传统的MIMO系统越具有优势。在传输方面，经过传输原理来分析,该大规模天线技术能更好的实现的空间分级，空间复用和波束赋形.而且除了上述方面性能的显著提升外，大规模天线系统的其他方面也有很大的提升[[]LuL,LiG,SwindlehurstA,etal.AnoverviewofmassiveMIMO:benefitsandchallenges[J].IEEEJournalofSelectedTopicsinSignalProcessing,2014,8(5):742-758.］，国际上各个组织正不断的对其进行研究和试验。2015年,WIFI和LTE标准覆盖了8根天线,部署了4个以上的网络。在实验室中,大规模天线技术功能已被证实，爱立信宣布将于2017年发货64[]LuL,LiG,SwindlehurstA,etal.AnoverviewofmassiveMIMO:benefitsandchallenges[J].IEEEJournalofSelectedTopicsinSignalProcessing,2014,8(5):742-758. 总结5G网络还没有进入我们的生活，通过现有的4G来推测并不能准确的得知当5G网络普及之后我们的社会将发生多大的改变，本文根据各大组织,通讯企业发布的关于5G网络的信息，介绍什么是5G网络，国际上对5G网络的要求，5G网络的应用场景还有5G网络的技术发展方向。文章中主要还对5G网络潜在的无线技术进行分析，介绍大规模天线技术、超密集组网、全频谱接入和新型多址的基本概念、优势、挑战.再单独针对大规模天线技术进行研究，根据4G网络使用的MIMO天线系统，设计一种大规模天线系统，将其系统模型、频谱效率和传输过程与4G网络中所用的MIMO天线系统进行对比，说明其优势.论文的具体内容如下: （1)对5G移动通信系统进行简单介绍，说明什么是5G网络，5G网络应用场景,还有5G网络的技术指标与技术方向. （2）选取5G网络无线技术中潜力最大四种技术进行介绍，说明每种技术的应用场景，优势还有其尚存在的问题或面临的挑战。 （3）针对大规模天线技术，结合现在所使用的MIMO天线技术,设计一种能够应用与5G网络的大规模天线系统，通过分析它与MIMO天线系统架构上的区别,系统频谱效率的差距，还有传输方式上的不同从原理和应用来充分说明该大规模天线技术相对于传统的天线技术所具有的优势。5G网络的道路上还需要不断的探索，在通信领域,统一的通信标准将会极大的促进全球通信的发展，所以及早的明确5G网络的关键技术将对5G网络的发展具有极大的意义。

参考文献致谢四年的大学学习和生活将要画上圆满的句号，回顾这四年来的生活，得到了很多人的鼓励和帮助，尤其是和老师、同学一起度过的时光，是我人生中最美好的回忆.在此，我向大家表示感谢。 首先感谢我的导师郭丽芳.郭老师无论是在课堂上还是在生活中都给我提供了宝贵的学习资源，指导我在学习上进步.郭老师严谨的治学态度、务实的工作作风及高度的责任感深深影响着我，必将有益于我以后的工作学习和生活.在此,在此向郭老师表示最崇高的敬意。其次，我要感谢电子科与技术专业的同学们给与我的关怀和帮助，尤其是我的舍友们，他们给了我支持和鼓励，可以说，没有他们，我的大学学习不会有所成绩，在此向同学们表示感谢.我要感谢这帮的各位兄弟姐妹们,他们在学习及生活中给了我很多的鼓舞，和大家在一起，我充满了学习的动力，领悟到了生活的乐趣,这段美好的友谊，我终生难忘。同时,我要感谢我的父母和家人，他们倾尽毕生的心血和汗水使我茁壮成长,他们给了我最大的支持和鼓励，尤其是当面对生活中的不顺畅,想想父母从小对我的教养，总能让我充满力量。我的父母给我的教诲，将会是我一生的财富。另外，我还要感谢自己.在这个夏天，可能将要对自己的多年的求学生涯说再见了,真是舍不得这么多好时光,一幕幕难忘的时刻缠绕在脑海。感谢百忙中为我审稿的各位老师最后，感谢学校、学院、班级，感谢所有帮助、支持过我的亲朋好友,感谢所有的磨难，化我懂得了成长的滋味，收获更好的自己。外文原文CellularArchitectureandKeyTechnologiesfor5GWirelessCommunicationNetworksABSTRACTThefourthgenerationofwirelesscommunicationsystemshavebeendeployedoraresoontobedeployedinmanycountries.However，withanexplosionofwirelessmobiledevicesandservices,therearestillsomechallengesthatcannotbeaccommodatedevenby4G,suchasthespectrumcrisisandhighenergyconsumption。Wirelesssystemdesignershavebeenfacingthecontinuouslyincreasingdemandforhighdataratesandmobilityrequiredbynewwirelessapplicationsandthereforehavestartedresearchonfifthgenerationwirelesssystemsthatareexpectedtobedeployedbeyond2020。Inthisarticle，weproposeapotentialcellulararchitecturethatseparatesindoorandoutdoorscenarios,anddiscussvariouspromisingtechnologiesfor5Gwirelesscommunicationsystems,suchasmassiveMIMO,energy—efficientcommunications,cognitiveradionetworks,andvisiblelightcommunications.Futurechallengesfacingthesepotentialtechnologiesarealsodiscussed.INTRODUCTIONTheinnovativeandeffectiveuseofinformationandcommunicationtechnologies（ICT）isbecomingincreasinglyimportanttoimprovetheeconomyoftheworld。WirelesscommunicationnetworksareperhapsthemostcriticalelementintheglobalICTstrategy，underpinningmanyotherindustries。Itisoneofthefastestgrowingandmostdynamicsectorsintheworld.TheEuropeanMobileObservatory（EMO）reportedthatthemobilecommunicationsectorhadtotalrevenueof€174billionin2010,therebybypassingtheaerospaceandpharmaceuticalsectors。Thedevelopmentofwirelesstechnologieshasgreatlyimprovedpeople5sabilitytocommunicateandliveinbothbusinessoperationsandsocialfunctions。Thephenomenalsuccessofwirelessmobilecommunicationsismirroredbyarapidpaceoftechnologyinnovation。Fromthesecondgeneration(2G）mobilecommunicationsystemdebutedin1991tothe3Gsystemfirstlaunchedin2001，thewirelessmobilenetworkhastransformedfromapuretelephonysystemtoanetworkthatcantransportrichmultimediacontents。The4GwirelesssystemsweredesignedtofulfilltherequirementsofInternationalMobileTelecommunicationsAdvanced（IMT-A）usingIPforallservices.In4Gsystems，anadvancedradiointerfaceisusedwithorthogonalfrequency—divisionmultiplexing（OFDM）,multiple-inputmultiple-output（MIMO）,andlinkadaptationtechnologies。4Gwirelessnetworkscansupportdataratesofupto1Gb/sforlowmobility，suchasnomadic/localwirelessaccess,andupto100Mb/sforhighmobility，suchasmobileaccess.Long—TermEvolution(LTE)anditsextension，LTE—Advancedsystems,aspractical4Gsystems，haverecentlybeendeployedorsoonwillbedeployedaroundtheglobe。However,thereisstilladramaticincreaseinthenumberofuserswhosubscribetomobilebroadbandsystemseveryyear。MoreandmorepeoplecravefasterInternetaccessonthemove，trendiermobiles，and，ingeneral,instantcommunicationwithothersoraccesstoinformation.Morepowerfulsmartphonesandlaptopsarebecomingmorepopularnowadays,demandingadvancedmultimediacapabilities.Thishasresultedinanexplosionofwirelessmobiledevicesandservices.TheEMOpointedoutthattherehasbeena92percentgrowthinmobilebroadbandperyearsince2006。IthasbeenpredictedbytheWirelessWorldResearchForum(WWRF）that7trillionwirelessdeviceswillserve7billionpeopleby2017;thatis，thenumberofnetwork-connectedwirelessdeviceswillreach1000timestheworld'spopulation。Asmoreandmoredevicesgowireless，manyresearchchallengesneedtobeaddressed。Oneofthemostcrucialchallengesisthephysicalscarcityofradiofrequency（RF)spectraallocatedforcellularcommunications。Cellularfrequenciesuseultra-high-frequencybandsforcellularphones,normallyrangingfromseveralhundredmegahertztoseveralgigahertz。Thesefrequencyspectrahavebeenusedheavily,makingitdifficultforoperatorstoacquiremore.Anotherchallengeisthatthedeploymentofadvancedwirelesstechnologiescomesatthecostofhighenergyconsumption。TheincreaseofenergyconsumptioninwirelesscommunicationsystemscausesanincreaseofCO2emissionindirectly,whichcurrentlyisconsideredasamajorthreatfortheenvironment.Moreover，ithasbeenreportedbycellularoperatorsthattheenergyconsumptionofbasestations(BSs）contributestoover70percentoftheirelectricitybill[5］.Infact,energy-efficientcommunicationwasnotoneoftheinitialrequirementsin4Gwirelesssystems,butitcameupasanissueatalaterstage。Otherchallengesare,forexample,averagespectralefficiency,highdatarateandhighmobility，seamlesscoverage,diversequalityofservicerequirements,andfragmenteduserexperience(incompatibilityofdifferentwirelessdevices/interfacesandheterogeneousnetworks）,tomentiononlyafew.Alltheaboveissuesareputtingmorepressureoncellularserviceproviders，whoarefacingcontinuouslyincreasingdemandforhigherdatarates，largernetworkcapacity，higherspectralefficiency,higherenergyefficiency，andhighermobilityrequiredbynewwirelessapplications。Ontheotherhand，4Gnetworkshavejustaboutreachedthetheoreticallimitonthedataratewithcurrenttechnologiesandthereforearenotsufficienttoaccommodatetheabovechallenges。Inthissense,weneedgroundbreakingwirelesstechnologiestosolvetheaboveproblemscausedbytrillionsofwirelessdevices,andresearchershavealreadystartedtoinvestigatebeyond4G(B4G)or5Gwirelesstechniques.TheprojectUK—ChinaScienceBridges:(B）4GWirelessMobileCommunications(http://www。ukchinab4g。ac.uk/)isperhapsoneofthefirstprojectsintheworldtostartB4Gresearch，wheresomepotentialB4Gtechnologieswereidentified。EuropeandChinahavealsoinitiatedsome5Gprojects，suchasMETIS2020（https：///）supportedbyEUandNational863KeyProjectin5GsupportedbytheMinistryofScienceandTechnology(M〇ST)inChina。NokiaSiemensNetworksdescribedhowtheunderlyingradioaccesstechnologiescanbedevelopedfurthertosupportupto1000timeshighertrafficvolumescomparedto2010travellevelsoverthenext10years［6］.Samsungdemonstratedawirelesssystemusingmillimeter(mm)wavetechnologieswithdataratesfasterthan1Gb/