5G-无线通信网络蜂窝结构体系和关键技术
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面向5G移动通信的蜂窝物联网关键技术分析
面向5G移动通信的蜂窝物联网关键技术分析随着物联网技术的快速发展和5G移动通信的逐渐推进，蜂窝物联网作为物联网的重要组成部分，正日益成为人们关注的焦点。
本文将针对面向5G移动通信的蜂窝物联网，分析其关键技术，并探讨其应用前景。
一、5G移动通信与蜂窝物联网的结合5G移动通信作为下一代移动通信技术的代表，具有超高的带宽、超低的时延以及超大规模的连接能力。
而蜂窝物联网则是物联网的核心技术之一，致力于连接物理世界中海量的传感器和终端设备。
将5G移动通信与蜂窝物联网结合起来，可以实现物联网技术在更广泛领域的应用，进一步推动数字化和智能化发展。
二、关键技术分析1. 蜂窝物联网通信技术蜂窝物联网通信技术是实现物联网连接的基础，主要包括窄带物联网（NB-IoT）、低功耗广域网（LPWAN）等技术。
其中，NB-IoT是由3GPP定义的一种新型无线通信技术，具备广覆盖、低功耗、大容量、低成本等特点，适用于大规模的物联网连接。
LPWAN技术则强调长距离传输和低能耗，适用于不同尺度需求的物联网应用。
2. 网络架构优化面向5G移动通信的蜂窝物联网需要优化网络架构，以适应大规模连接和高密度通信的需求。
一方面，通过引入边缘计算、网络切片等技术，将计算和存储资源更靠近端设备，减少传输时延；另一方面，通过网络功能虚拟化、软件定义网络等技术，实现网络资源的灵活配置和管理，提高网络效率和性能。
3. 安全与隐私保护在大规模连接的蜂窝物联网环境中，安全与隐私保护是至关重要的。
面向5G移动通信的蜂窝物联网需要加强传输安全、设备认证、身份验证等方面的技术手段，保护物联网设备和用户数据的安全性和隐私性。
同时，还需要加强网络监管和管理，防范网络攻击和数据泄露的风险。
4. 路由与资源管理对于蜂窝物联网而言，路由和资源管理是关键技术，直接影响网络的稳定性和性能。
面向5G移动通信的蜂窝物联网需要引入智能路由、动态资源分配等技术，以适应网络拓扑的动态变化和传感器设备数量的快速增长。
5G网络架构与关键技术
5G网络架构与关键技术随着技术的进步和人们对通信需求的不断增长，5G网络已成为当前科技领域的热门话题。
5G网络将是第五代移动通信技术的缩写，它将以更高的速度、更低的延迟和更稳定的连接来实现更快速、更可靠的数据传输。
本文将主要介绍5G网络的架构和关键技术。
1.5G网络架构核心网络：5G核心网络具有分布式架构，它分为多个网络切片（Network Slicing），每个切片都专门用于实现不同的通信需求，如增强型移动宽带（eMBB）、大规模机器通信（mMTC）和超可靠低延迟通信（URLLC）。
这样的设计可以为不同行业和业务提供个性化的网络体验。
边缘计算：由于5G网络下的大量数据传输和处理可能导致网络延迟增加，为了使数据传输更加高效，5G引入了边缘计算概念。
边缘计算通过将计算和存储能力推向网络边缘，将计算任务分配到更接近终端用户的边缘节点上，从而降低网络延迟和流量负载，提高网络性能和用户体验。
无线接入网：5G无线接入网具有多层次的分布式结构，包括宏基站、微基站和室内小基站。
宏基站用于覆盖广域，微基站用于提供高密度的覆盖和容量，室内小基站用于提供室内覆盖。
此外，5G还引入了Massive MIMO（Massive Multiple Input Multiple Output）技术，通过使用大量天线和波束成形技术来提高网络容量和覆盖范围。
2.关键技术为了实现5G网络的高速率、低时延和大容量等特点，5G网络依赖于许多关键技术。
毫米波通信：5G网络广泛使用毫米波频段（mmWave），它具有更宽的频谱和更高的传输速率。
然而，由于毫米波频段的特殊传播特性，如高传输损耗和较短的传输距离，需要使用波束成形和中继技术来克服这些问题。
超密集组网：5G网络可以实现超密集组网，即高密度的基站部署。
通过将基站部署在更多的地方，并使用更小的基站，可以提供更好的覆盖和更高的容量。
网络切片技术：5G网络可以根据不同的应用需求，将网络划分为多个独立的逻辑切片，每个切片都适用于不同的应用场景。
5G系统无线网络核心技术
5G系统无线网络核心技术了解5G 系统关键无线技术特征 熟悉5G 系统关键无线技术优势 掌握5G 系统超大规模天线技术 掌握5G 系统关键无线传输技术 掌握5G 系统密集组网 相关策略✓无线通信系统原理 ✓LTE 网络原理与技术 ✓通信工程与网络技术先修课程• 用户体验速率100Mbps• 用户体验速率1Gbps • 用户峰值速率数十Gbps • 流量密度数十Tbps/km^2• 低功耗/低成本/广覆盖• 海量连接（1e6-1e7/km^2）• 空口时延：1ms• 端到端时延：ms级• 可靠性：接近100%体技术带来✓海量设备带来的能耗增加为绿色通信的要求带来⏹技术原理–当基站侧天线数远大于用户天线数时，基站到各个用户的信道将趋于正交。
–用户间干扰将趋于消失，而巨大的阵列增益将能够有效地提升每个用户的信噪比，从而能够在相同的时频资源共同调度更多用户。
⏹功能和优势–若基站配置400根天线，在20MHz带宽的同频复用TDD系统中，每小区用MU-MIMO方式服务42个用户时，即使小区间无协作，且接收/发送只采用简单的MRC/MRT时，每个小区的平均容量也可高达1800Mbps。
⏹应用场景–城区宏覆盖、高层建筑、室内外热点、郊区、无线回传链路⏹技术方案–面向异构和密集组网的massive MIMO网络构架与组网方案–Massive MIMO物理层关键技术–大规模有源阵列天线技术–大规模天线与高频段的结合4G ：3GPP LTE-A 标准4G ：3GPP LTE 标准5G3G ：WCDMA HSPA+标准大规模天线：基站使用大规模天线阵列（几十甚至上百根天线）支持SISO ，2×2MIMO ，4×4MIMO 。
下行峰值速率100Mb/s 。
支持2×2MIMO ，下行峰值速率42Mb/s最多支持8×8MIMO ，下行峰值速率1Gb/s3G ：WCDMA HSPA 标准只能使用SISO ，下行峰值速率7.2Mb/sMIMO C-RAN 分布MIMOMIMO 技术的演进用户水平+垂直分布•大规模天线应用场景：中心式天线系统–适用于宏蜂窝小区，中心基站使用大规模天线–微小区为大部分用户提供服务，而大规模天线基站为微小区范围外的用户提供服务，同时对微小区进行控制和调度256(8*32)MRT ZF天线数频谱效率•大规模天线应用场景：分布式天线系统–多根天线分布在区域内联合处理(C-RAN)–适用于高用户密度或者室内场景室外密集小小区部署分布式大规模天线阵列理想回程理想回程室内密集小小区理想回程室外密集小小区非理想回程室内密集小小区非理想回程VS三维立体信号可扩展高层楼宇室内覆盖的深度和广度三维立体信号可针对不同用户实现垂直面空分，显著提升频谱效率三维立体信号波束更窄，降低对邻区的干扰平面信号可实现高层楼宇的室内覆盖无法实现垂直面空分平面信号无法在垂直面跟踪用户传统MIMO 3D-MIMO扇区天线3D MIMO 天线3D MIMO每个垂直的天线阵子分割成多个阵子（天线数目大幅增加），大规模天线阵列正是基于多用户波束成形的原理，在基站端布置多根天线，对几十个目标接收机调制各自的波束多天线技术的标准化现状LTE Rel-8LTE Rel-9LTE Rel-10LTE Rel-11DL MIMO EnhancementUL MIMOCoMPSU-MIMOMU-MIMO & Beamforming Dual-layer Beamforming最多 4 层最多8层最多2层 最多4层 (rank1-2/UE)SU 维度MU 维度 优先级 SU-MIMO MU-MIMO Network MU-MIMO• MIMO 技术的性能增益来自于多天线信道的空间自由度 • 维度扩展始终是MIMO 技术演进的重要方向大规模天线核心技术CSI-1CSI-2 CSI-3 CSI-4 CSI measurement &feedbackTransmission3D-GoBActive Antenna System (AAS)•更多的基带可控通道，维度扩展成为可能•2D AAS阵列中的水平/垂直基带可控通道•UE-specific 3D-MIMO•垂直扇区化•灵活的 RET•多RAT独立tilt调整•降低功率损耗，更高的最大发射功率•顺应C-RAN趋势：云计算+AAS•降低维护成本3D MIMO有利于：☐在密集的城市环境中对不同楼层的室内覆盖☐降低对邻小区干扰☐实现小区内多用户干扰协调BBUAAS峰速：4Gbps⏹技术原理–PDMA图样分割多址接入（Pattern Division Multiple Acess）是一种基于多用户通信系统整体优化的新型非正交多址接入技术，通过发送端和接收端的联合设计，在发送端采用功率/空间/编码等多种信号域的单⏹技术方案–发射端图样设计–导频设计–与MIMO结合–低复杂度检测算法⏹应用场景–宏蜂窝及宏微蜂窝异构网络图样分割多址接入1G2G3G 4G正交多址接入技术−已有通信标准都采用正交接入技术发端非正交传输，接收端串行干扰抵消检测，能够达到多用户信道容量。
无线通信网络蜂窝结构体系和关键技术(上载版)
过高速总线或网络互联互通。
无线通信网络终端
终端概述
无线通信网络终端是指各种接入网络的设备，如手机、平板电脑、 笔记本电脑等。
终端分类
根据不同的应用场景和需求，终端可以分为多种类型，如智能手机、 平板电脑、智能家居终端等。
终端功能
终端的主要功能包括信号接收和发送、数据处理和显示、用户界面 操作等。
无线通信网络传输设备
传输设备概述
01
无线通信网络传输设备是指用于数据传输的设备和系
统，如光纤传输设备、微波传输设备等。
传输设备分类
02 根据不同的传输介质和方式，传输设备可以分为多种
类型，如光纤传输设备、无线微波传输设备等。
传输设备功能
03
传输设备的主要功能包括数据传输、信号处理、路由
交换等。
03
无线通信网络蜂窝结构 体系关键技术
03
工业自动化
蜂窝网络为工业自动化提供可靠 的数据传输和设备连接解决方案
。
02
物联网
蜂窝网络支持各种物联网设备接 入，如智能家居、智能交通等领
域的设备。
04
公共安全
蜂窝网络在公共安全领域用于应 急通信和指挥调度。无线通信网络蜂窝结构体系发展来自势5G及未来技术的发展
随着5G技术的不断演进，蜂窝网络将进一步提高传输速率、降低延迟 和提升可靠性。
数据完整性保护
对传输的数据进行完整性保护，确保数据在 传输过程中没有被篡改。
访问控制
对用户的访问权限进行控制，防止未经授权 的用户访问网络资源。
04
无线通信网络蜂窝结构 体系应用和发展趋势
无线通信网络蜂窝结构体系应用领域
01
移动通信
蜂窝网络是移动通信的基础，为 手机、平板电脑等移动终端提供
5G网络架构和关键技术
5G网络架构和关键技术曹诚【摘要】2014年，IMT-2020(5G)推进组发布了第一份白皮书，第五代移动通信系统被提上日程，有望在2020年完成整个网络与系统的部署。
未来的数据流量，网络连接设备总量将会发生爆炸式增长，业务需求将会发生颠覆性变化，物联网与移动互联网将会相互融合，为人们提供多元化服务，如车联网，智能家居，智慧医疗，工业监测系统，超高清3D时频等。
文章介绍实现以上高速率，靠可靠性，低时延，智能化，功能多元化的5G网络实现的网络架构以及关键技术，如大规模MIMO，软件定义网，自组网技术等。
%2014 IMT-2020 (5G) propulsion group released the ifrst white paper, the iffth generation mobile communication system is put on the agenda, is expected to complete the deployment of the entire network and the system in 2020. The data lfow in the future, network connected devices will total explosion growth, business demand will happen to subvert the changes, networking and mobile Internet will fuse with each other, for people to provide diversified services, such as car networking, intelligent home, medical wisdom, industrial monitoring and measurement system, Ultra HD 3D frequency. The achieve the above high rate, by reliability, low latency, intelligent, diversiifed functions of 5g network to achieve the network architecture and key technology, such as large-scale MIMO, software deifned network, ad hoc network technology.【期刊名称】《无线互联科技》【年(卷),期】2015(000)009【总页数】2页(P16-17)【关键词】5G;超密集异构网络;D2D;MIMO;SDN;网络架构;扁平化【作者】曹诚【作者单位】北京邮电大学电子工程学院，北京 100876【正文语种】中文5G网络的构建需要达到超高速率，大吞吐量，超高可靠性，超低延时等指标，来为用户提供最佳的体验。
5G高低频无线协作组网及关键技术
5G高低频无线协作组网及关键技术作者：赵军辉杨丽华张子扬来源：《中兴通讯技术》2018年第03期5G是面向2020年以后移动通信需求而发展的新一代移动通信系统，其将从频谱效率、网络致密化和频谱扩展3个方面[1]进行演化与发展。
作为提升系统容量的一项关键技术，网络致密化在现有异构网络架构的基础上，通过低功率节点（LPN）的密集部署来提高系统的频谱效率，改善热点地区的网络覆盖和传输速率[2]。
异构多层且能支持全频段接入的高低频无线协作组网是未来5G网络架构的必然发展趋势，各个组织已就“低频段主要解决覆盖问题，高频段主要用于提升流量密集区域的系统容量”达成共识。
高低频无线协作组网主要是宏基站通过低频段实现整个区域内的基础覆盖，低功率节点通过高频段承担热点覆盖和高速传输，以此来满足未来5G网络更高数据流量、更快用户体验速率、海量终端连接和更低时延的需求，最终实现“信息随心至，万物触手及”的愿景[3]。
随着毫米波通信技术的兴起，考虑到LPN大规模部署带来的移动性、可扩展性和灵活性等要求，基于控制用户分离（CUPS）的高低频无线协作组网架构受到了研究人员的广泛关注。
文献[4]中，作者指出了传统网络在未来网络部署中的局限性，同时介绍了CUPS的优势以及与其相关的一些标准化建议。
软件定义网络（SDN）凭借其能解耦网络设备的控制/用户平面、提供逻辑上集中的网络视图和控制、有利于优化传输网络等优势被认为具有同CUPS整合使用的潜力[5-7]。
文献[5]中，作者提出了一种基于SDN的网络架构，该架构能够有效地实现负载平衡和干扰管理，从而最大化系统吞吐量。
一种由无线网络和网络云组成的双层网络架构被提出[6]，该架构实现了LPN、大规模多输入多输出（MIMO）、CUPS、SDN和网络功能虚拟化（NFV）等各种技术和设备的集成。
文献[7]中，作者提出了一种基于SDN的新型网络体系架构，该架构支持由长期演进（LTE）移动通信系统和无线局域网（WLAN）覆盖下的多小区构成的超密集网络，该网络可通过重新配置回程连接到核心网络。
无线通信网络蜂窝结构体系和关键技术
无线通信网络蜂窝结构体系和关键技术作者：高世强来源：《中国新通信》2020年第02期摘要：在5G网络技术出现后，无线通信水平得到显著提升。
在无线通信网络技术应用中，以网络蜂窝结构为基础，构建起全面的网络布局，为网络用户高效稳定地使用无线网络提供保障。
在互联网时代，加强无线网络通信技术的探讨和研究，通过不断完善和优化无线网络传输效能，为现代通信领域进步提供了有效保证。
关键词：无线通信;网络技术;蜂窝结构;信号无线通信网络中，蜂窝结构技术主要是空间调制技术、大规模天线技术、无线电网络技术。
世界的发展需要有网络技术的服务，其中无线网络通信以极大的优势，在世界范围内得以普及应用。
一、无线通信网络蜂窝结构体系在通信网络的快速发展中，由于5G技术的出现，给网络系统的优化和完善带来新的方式。
5G技术使无线通信结构发生极大改变，尤其是对于网络用户激增的情况，将无线通信网络，构建成为蜂窝结构体，可以实现一对多的高效网络传输服务[1]。
蜂窝结构，在无线通信中，可以集聚网络信号，这对于现代网络覆盖和应用来说意义重大。
在实际的无线网络应用过程中，很多的网络用户处于一个室内环境当中，这就造成无线网络信号，需要利用网络设备与室外的网络基站之间建立一个通道。
在室内使用无线网络，必然会增加信号的干扰和阻碍，如建筑物墙体对信号的阻隔等问题，这就需要无线通信网络能够更好地应对，蜂窝结构的出现，恰恰是这样一种网络通信环境的性能优化实践。
在以5G网络为代表的现代通信领域中，通过无线通信的网络蜂窝结构，构建起分布式的传输技术方式，以多项的天线方式，进行点对点的连接性通信，使网络信号不再被障碍物所消耗[2]。
无线通信网络中，可以通过不同的蜂窝结构，形成多通道和大覆盖的网络布局，在以天线为载体的无线通信中，大量的天线，组成了多个无线通信单元，这些单元在无线通信网络覆盖区域内，构成的无障碍方式为网络用户提供了优质的网络服务。
二、无线通信网络蜂窝关键技术（一）空间调制技术无线通信蜂窝技术中，可以利用空间调制的方式，是无线网络天线布局更加科学合理。
详解5G的六大关键技术5G-无线通信网络蜂窝结构体系和关键技术
2013 年 12 月，我国第四代移动通信（4G）牌照发放，4G 技术正式走向商用。
与此同时，面向下一代移动通信需求的第五代移动通信（5G）的研发也早已在世界范围内如火如荼地展开。
5G 研发的进程如何，在研发过程中会遇到哪些问题？在 5G 研发刚起步的情况下，如何建立一套全面的 5G 关键技术评估指标体系和评估方法，实现客观有效的第三方评估，服务技术与资源管理的发展需要，同样是当前 5G 技术发展所面临的重要问题。
作为国家无线电管理技术机构，国家无线电监测中心（以下简称监测中心）正积极参与到 5G 相关的组织与研究项目中。
目前，监测中心频谱工程实验室正在大力建设基于面向服务的架构（SOA）的开放式电磁兼容分析测试平台，实现大规模软件、硬件及高性能测试仪器仪表的集成与应用，将为无线电管理机构、科研院所及业界相关单位等提供良好的无线电系统研究、开发与验证实验环境。
面向5G 关键技术评估工作，监测中心计划利用该平台搭建 5G 系统测试与验证环境，从而实现对5G 各项关键技术客观高效的评估。
为充分把握5G 技术命脉，确保与时俱进，监测中心积极投入到 5G 关键技术的跟踪梳理与研究工作当中，为5G 频率规划、监测以及关键技术评估测试验证等工作提前进行技术储备。
下面对其中一些关键技术进行简要剖析和解读。
一、高频段传输移动通信传统工作频段主要集中在 3GHz 以下，这使得频谱资源十分拥挤，而在高频段（如毫米波、厘米波频段）可用频谱资源丰富，能够有效缓解频谱资源紧张的现状，可以实现极高速短距离通信，支持 5G 容量和传输速率等方面的需求。
高频段在移动通信中的应用是未来的发展趋势，业界对此高度关注。
足够量的可用带宽、小型化的天线和设备、较高的天线增益是高频段毫米波移动通信的主要优点，但也存在传输距离短、穿透和绕射能力差、容易受气候环境影响等缺点。
射频器件、系统设计等方面的问题也有待进一步研究和解决。
监测中心目前正在积极开展高频段需求研究以及潜在候选频段的遴选工作。
5G移动通信网络关键技术综述
5G移动通信网络关键技术综述5G移动通信网络关键技术综述引言：在信息时代的背景下，移动通信已成为我们日常生活中不可或缺的一部分。
为了满足人们对于更快速、更稳定、更可靠的移动通信需求，5G移动通信网络的研发成为当前的热点。
本文将从关键技术的角度综述5G移动通信网络的发展状况，以及未来的发展趋势。
一、5G移动通信网络的概述5G是第五代移动通信标准，相较于前几代的移动通信技术，其主要特点是更高的传输速率、更低的延迟、更大的网络容量、更多的连接数量以及更低的能耗。
5G移动通信网络将会给人们的生活带来巨大的变革，如智能城市、自动驾驶、物联网等。
二、关键技术的综述1. 毫米波通信技术毫米波通信技术是5G移动通信网络的核心技术之一，其波长较短，传输速率高，但传输距离相对较短。
为了解决传输距离的问题，研究人员通过使用大规模天线阵列和波束成形技术来增强信号的传输能力，从而实现更远距离的通信。
同时，需要解决毫米波通信技术在大气、建筑等环境中的传输衰减问题。
2. 多天线技术多天线技术是5G移动通信网络另一个重要的关键技术，通过在发送和接收端增加多个天线，可以实现更高的传输速率和更稳定的信号传输。
这是由于多天线技术可以利用空间上的多样性，通过在不同的天线组合上发送和接收信号，从而提高传输效果。
3. 超密集网络技术超密集网络技术是解决5G移动通信网络容量需求的关键技术之一。
传统的移动通信网络在密集区域的用户数量较大时，容易出现网络拥塞的问题。
超密集网络技术通过增加基站数量以及更加灵活的基站布局，可以提供更大的网络容量，提高用户体验。
4. 软件定义网络技术软件定义网络技术是5G移动通信网络中的一项创新技术，其主要特点是将网络控制与数据转发进行分离。
通过集中控制和动态编程的方式，可以实现更高效的网络管理和资源分配，提高网络的灵活性和可控性。
5. 边缘计算技术边缘计算技术是5G移动通信网络中的另一个关键技术，其主要思想是将计算和存储资源靠近用户，减少数据传输的延迟。
5G无线通信网络中英文对照外文翻译文献
5G无线通信网络中英文对照外文翻译文献(文档含英文原文和中文翻译)翻译：5G无线通信网络的蜂窝结构和关键技术摘要第四代无线通信系统已经或者即将在许多国家部署。
然而，随着无线移动设备和服务的激增，仍然有一些挑战尤其是4G所不能容纳的，例如像频谱危机和高能量消耗。
无线系统设计师们面临着满足新型无线应用对高数据速率和机动性要求的持续性增长的需求，因此他们已经开始研究被期望于2020年后就能部署的第五代无线系统。
在这篇文章里面，我们提出一个有内门和外门情景之分的潜在的蜂窝结构，并且讨论了多种可行性关于5G无线通信系统的技术，比如大量的MIMO技术，节能通信，认知的广播网络和可见光通信。
面临潜在技术的未知挑战也被讨论了。
介绍信息通信技术（ICT）创新合理的使用对世界经济的提高变得越来越重要。
无线通信网络在全球ICT战略中也许是最挑剔的元素，并且支撑着很多其他的行业，它是世界上成长最快最有活力的行业之一。
欧洲移动天文台（EMO）报道2010年移动通信业总计税收1740亿欧元,从而超过了航空航天业和制药业。
无线技术的发展大大提高了人们在商业运作和社交功能方面通信和生活的能力无线移动通信的显著成就表现在技术创新的快速步伐。
从1991年二代移动通信系统(2G)的初次登场到2001年三代系统（3G）的首次起飞，无线移动网络已经实现了从一个纯粹的技术系统到一个能承载大量多媒体内容网络的转变。
4G无线系统被设计出来用来满足IMT-A技术使用IP面向所有服务的需求。
在4G系统中，先进的无线接口被用于正交频分复用技术（OFDM），多输入多输出系统（MIMO）和链路自适应技术。
4G无线网络可支持数据速率可达1Gb/s的低流度，比如流动局域无线访问，还有速率高达100M/s的高流速，例如像移动访问。
LTE系统和它的延伸系统LTE-A，作为实用的4G系统已经在全球于最近期或不久的将来部署。
然而，每年仍然有戏剧性增长数量的用户支持移动宽频带系统。
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5G无线通信网络蜂窝结构体系和关键技术一、摘要第4代无线通信系统已经部署或即将被部署在许多国家。
然而，随着无线移动设备和服务爆炸式的发展，它们仍然面临着甚至4G不能调解的一些挑战，例如，频谱危机和高能耗。
无线系统设计人员面临着不断增长的高数据率和移动性要求的需求的新的无线应用。
因此，已经开始研究第五代无线系统，预计将在2020年部署。
在本文中，我们提出一个潜在的蜂窝体系结构，分室内场景和室外场景，并讨论5G无线通信系统各种有前途的技术，比如，大规模MIMO，节能高效通信，认知无线电网络和可见光通信。
还讨论了未来面对这些潜在的技术的挑战。
二、介绍创新和有效的利用信息和通信技术（ICT）已在提高世界经济中变得越来越重要。
无线通信网络在全球ICT战略中可能是最关键的因素，是许多其他工业的支柱。
它是世界上发展最快、最具活力的行业之一。
欧洲移动天文台报道称：移动通信业在2010年有总计1740亿欧元收入。
一举超过了航空工业和制药业。
无线技术的发展大大提高了人们的沟通能力、在商业活动和社交活动中的生活。
无线移动通信显著的成就反映技术更新快速步调。
从第2代移动通信系统（2G）在1991年的初次露面到3G系统在2001年首次着手进行，无线移动系统从一个单纯的电话系统已经变换成一个能传输丰富多媒体内容的网络。
4G无线系统设计满足高级国际移动通信（IMT-A）的需求，利用IP协议提供所有服务。
在4G系统，采用一种高级无线电接口，是利用正交频分复用（OFDM），多输入多输出（MIMO）和链路适配（或自适应）技术。
4G无线网络可以支持在低速移动中1Gb/s速率，例如漫游/本地无线接入；在高速移动中最高100Mb/s，例如移动接入。
长期演进（LTE）和它的延伸，先进的长期演进系统，作用可实现的4G系统，最近已部署或很快将在全球部署。
然而，订制移动宽带系统的用户数量每年都在以引人关注的增加。
越来越多的人渴望更快的移动互联网接入服务，时尚的手机，总的来说，与他人或获取信息的即时通信。
当今更强大的智能手机和便携式电脑越来越受欢迎，它追求先进的多媒体功能。
这导致了无线移动设备和服务的爆发。
EMO指出，从2006年以来移动宽带每年以92%的速度增长。
它已被无线世界研究论坛的预测（WWRF）到2017年时有7万亿无线设备服务于7亿人口；换句话说，连接网络的无线设备将达到世界人口的1000倍。
随着越来越多的设备无线上网，很多研究需要面临解决的挑战。
最关键性的挑战之一是物理上为蜂窝通信分配的射频（RF）频谱十分稀缺。
蜂窝频率使用超高频段的手机，通常范围从几百MHz到几GHz。
这些频谱大量被使用，使运营商获得更多的频谱很困难。
另一个挑战是，先进的无线技术的部署是以高能耗为代价。
在无线通信系统中的能量消耗的增加会间接的导致二氧化碳排放增加，目前被认为是对环境的一大威胁。
此外，它已被报道，蜂窝运营商基站（BSS）的能耗占他们的电费账单70%。
事实上，节能高效的通信不在4G无线系统的初始条件之一，但它是后一阶段的问题。
其他挑战，例如，平均频谱效率，高速率和高移动性，无缝覆盖，不同的服务质量（QoS）要求，和分散的用户体验（不同的无线设备/接口和异构网络不兼容性），仅举几例。
所有上述问题给蜂窝服务供应商施加更多压力，他们正面临着不断增加更高的数据传输速率，更大的网络容量，更高的频谱效率，更高的能源效率，高流动性的新的无线应用所需的需求。
另一方面，4G网络在现有技术的数据率上已经达到理论极限，因此不足以容纳上述挑战。
在这个意义上，我们需要突破性的无线技术来解决由数万亿无线设备造成上述问题，研究人员已经开始研究超4G（B4G）或5G无线技术。
中英科学的桥梁项目：（B）4G无线移动通信（/）或许是世界上第一个开始研究B4G的项目，其中一些潜在的B4G技术被鉴定。
欧洲和中国也开始了一些5G项目，如由欧盟支持的METIS2020项目，和在中国由科技部支持的国家863重点项目在5G。
诺基亚西门子网络描述了潜在的无线接入技术可以进一步发展，以支持在接下来的10年与2010年通信水平相比高达1000倍的通信流量[6]。
三星证明使用毫米（mm）波技术无线系统在2公里的情况下传输速率超过1GB/s[7]。
5G网络将是什么，预期2020年左右使其标准化，是什么样子的？现在定义为时过早。
然而，人们普遍认为，相比于4G网络，5G网络系统容量应达到1000倍，10倍的频谱效率，能源效率和数据速率（即，在低速移动下峰值速率为10GB/s和在高速移动下峰值速率为1 GB/s），和25倍的平均小区吞吐量。
目的是连接整个世界，实现无缝和无处不在的通信，任何人之间（人与人），任何事物之间（人与机器，机器与机器），无论他们在哪里（任何地方），无论他们什么时候需要（任何时候），无论他们想用什么电子设备/服务/网络（无论如何）。
这意味着，5G网络应该能够支持一些特殊场景的通信，4G网络不支持（例如，高速列车的用户）。
高速列车可以达到350到500公里/小时，而4G网络只能支持的通信场景为250公里/小时。
在这篇文章中，我们提出了一个潜在的5G的蜂窝体系结构和讨论一些有前途的技术，可以部署提供5G的要求。
本文的其余部分安排如下：我们提出了一个潜在的5G蜂窝体系结构。
我们描述了一些有前途的关键技术，可以在5G系统采用。
未来的挑战也重点强调了。
最后，得出结论。
三、一个潜在的5G无线蜂窝结构为了解决上述挑战和满足5G系统的要求，我们需要在蜂窝结构的设计中有一个引人注目的变化。
我们知道，无线用户大约80%的时间呆在室内，而只有20%的时间呆在室外[8]。
目前传统的蜂窝结构通常使用在小区中间的室外基站与移动用户通信，无论他们在室内还是室外。
对于室内用户与室外基站通信，信号必须通过建筑物的墙壁，这会导致非常高的穿透损耗，大大损害了无线传输的数据速率，频谱效率，以及能量效率。
一种5G蜂窝结构设计的关键理念是单独的室外和室内场景，以便用这种方式避免通过建筑物的墙壁造成的穿透损耗。
这将借助于分布式天线系统（DAS）和大规模MIMO技术[9]，在地理上的分布式天线阵列是由部署数十或数百个天线单元构成的。
虽然目前大多数的MIMO系统利用两到四根天线，大规模MIMO系统的目标是在大型天线阵列中开拓出潜在的大容量增益。
室外基站将配备有大型天线阵列的天线元件（或大阵列天线）分布在小区周围，通过光纤连接到BS，受益于DAS和大规模MIMO技术。
室外移动用户通常配备的天线元件的数量有限，但它们可以相互合作，形成一个虚拟的大型天线阵列，连同BS天线阵列构建虚拟大规模MIMO链路。
大型天线阵列也将安装所有建筑物的外面与室外BSS或BSS分布式天线单元通信，可能与线性的视线（LOS）组件通信。
大型天线阵列的电缆连接到建筑物内部无线接入点与室内用户通信。
这肯定会在短期内增加基础设施成本的同时，从长远来看会显著提高小区的平均吞吐量，频谱效率，能源效率，和数据速率的蜂窝系统。
使用这样的蜂窝结构，室内用户只需和室内无线接入点通信（不是室外BSS），与大型阵列天线安装在建筑物外面，许多适于短距离高数据速率通信的技术可以利用。
一些例子包括WiFi，飞蜂窝，超宽带（UWB），毫米波通信（3—300GHz）[7]，和可见光通信（VLC）（400—490THz）[10]。
值得一提的是，毫米波和VLC技术使用较高频率，不采用传统的蜂窝通信。
这些高频波无法很好穿透固体材料，可以很容易地被气体、雨和树叶吸收或散射。
因此，很难用这些波在室外或长距离上应用。
然而，可利用的大带宽，毫米波和VLC技术可以大大提高室内环境下的数据传输速率。
为了解决频谱短缺的问题，除了寻找不被传统的无线服务使用的新的频谱（例如，毫米波通信和VLC），我们也可以尝试改善现有的无线电频谱的频谱利用率，例如，通过认知无线电（CR）网络[11]。
5G蜂窝结构也应该是异构的，包括宏蜂窝，微蜂窝，小蜂窝，和中继。
为了适应高移动用户，如用户在车辆和高速列车上。
我们已经提出了移动飞蜂窝（MFemtocell）的概念[12]，它结合移动中继和飞蜂窝的概念。
移动飞蜂窝位于车辆内部与车辆里的用户通信，而大型天线阵列位于车辆外部与室外基站通信。
一个移动飞蜂窝及其相关的用户都是被视为一个单一的单位与基站BS通信。
从用户的角度来看，一个移动飞蜂窝看成是一个普通的基站BS。
这很相似上述室内（车内）和室外场景分离的想法。
这证明用户使用移动飞蜂窝可以减少信令开销享受高数据速率服务。
上述5G异构蜂窝结构，如图1所示。
图1一种5G异构无线蜂窝结构四、有前途的关键5G无线技术在这一部分中，基于前面提出的异构蜂窝结构，我们讨论了一些有前途的关键无线技术，可以使5G 无线网络来满足性能要求。
发展这些技术的目的是使容量急剧增加，在5G 网络中有效利用所有可能的资源。
基于著名的香农理论，系统总容量的C sum近似表达式为：∑∑⎪⎭⎫ ⎝⎛+≈HetNets Channes p i 2 i sum N p 1log B C (1)式中，Bi 是第i 个信道的带宽，Pi 是第i 个信道的信号功率和Np 表示的是噪声功率。
公式1明确系统总容量的C sum 等于所有子信道的和异构网络容量的总和。
为了增加CSUM ，我们可以增加网络的覆盖范围（如宏蜂窝，微蜂窝，小蜂窝，中继，移动飞蜂窝[12]等异构网络），子信道的数量（如大规模MIMO [9]，空间调制SM [13]，协作式MIMO ，分布式天线系统DAS ，干扰管理等），带宽（如认知无线电CR 网络[11]，毫米波通信，可见光通信VLC [10]，多重标准系统等），和功率（能量效率或绿色通信）。
在下面，我们重点关注的一些关键技术。
1.大规模MIMOMIMO 系统是由发射机和接收机都有多个天线组成。
通过增加多个天线，在无线信道中一个更大的自由度（除了时间和频率维度外）能够容纳更多的信息数据。
因此，在可靠性、频谱效率、能源效率方面性能可以获得一个显着的改善。
在大规模MIMO 系统中，发射机或接收机都配备了大量的天线元件（一般为几十或甚至数百个）。
请注意，发射天线根据不同的应用可以是集中或分布式（即，一个分布式天线系统DAS ）。
同时，庞大的接收天线可以附在一个设备或分布到许多设备。
除了继承传统的MIMO 系统的好处外，一个大规模MIMO 系统可以显著提高频谱效率和能量效率[9]。
此外，在大规模MIMO 系统中，噪声和快速衰落消失的影响和小区内的干扰可以使用简单的线性预编码和检测方法来减轻。
在大规模MIMO 系统中，通过合理地利用多用户MIMO （MU-MIMO ）技术，通过避免复杂的调度算法来简化介质访问控制（MAC ）层的设计[14]。