毕业设计（论文）-移动通信网络演进及第五代移动通信关键技术研究.doc

山东农业大学学士学位论文 . . 装 订 线 . . . 山东农业大学 毕 业 论 文 题目： 移动通信网络演进及第五 代移动通信关键技术研究 学 院 信息科学与工程学院 专业班级 电子信息科学与技术一班 届 次 2014 届 学生姓名 学 号 20104609 指导教师 二 O 一四 年 六 月 十四 日 山东农业大学学士学位论文 I 目 录 1 绪论 .1 1.1 什么是 5G.2 1.2 5G 的目标.3 2 移动通信的网络演进 .4 2.1 蜂窝移动通信系统网络的基本结构.4 2.2 1G 到 4G 的网络演进.6 2.2.1 1G 到 2G 的网络演进.6 2.2.2 2G 到 2.5G 的演进.6 2.2.3 2G 到 3G 的演进.6 2.2.4 3G 到 4G 的网络演进.7 3 5G 技术方向分析.9 3.1 演进 .9 3.1.1 小小区持续增强（密集组网） .10 3.1.2 边缘性能增强和用户体验提升 （多点协作技术） .10 3.1.3 先进天线技术 （大规模 MIMO 技术）.11 3.1.4 更灵活可靠的网络和连接（无线中继技术和分布式动态虚拟小区技术） .12 3.1.4.1 无线中继技术.12 3.1.4.2 分布式虚拟小区 .13 3.2 融合 .14 3.2.1 多领域跨界融合 .14 3.2.2 多系统融合 .14 3.3 创新 .15 3.3.1 新的频率使用方式 .15 3.3.2 新型高集成化超小型基站技术 .16 3.3.3 新型组网技术（群小区与群切换技术） .17 3.3.3.1 群小区的概念.17 3.3.3.2 群切换策略 .17 3.3.3.3 快速小区组选择.19 3.3.3.4 新型网络技术自律神经网络 .21 3.3.5 无线后置网络技术 .22 4 总结与展望 .23 参考文献 .24 致谢 .25 山东农业大学学士学位论文 II Contents 1 Forword .1 1.1 Whats the 5g .1 1.2 The goals of 5g.2 2 The evolution of mobile communication network .4 2.1 The basic structure of cellular mobile communication system .4 2.2 The evolution of mobile communication network of 1g to 4g.6 2.2.1 The evolution of mobile communication network of 1g to 2g.6 2.2.2 The evolution of mobile communication network of 2g to 2.5g.6 2.2.3 The evolution of mobile communication network of 2g to 3g.6 2.2.4 The evolution of mobile communication network of 3g to 4g.7 3 The technology direction analysis of 5g.9 3.1 Evolution .9 3.1.1 Small cell continue to improve (dense network).10 3.1.2 Edge performance enhancements and enhance the user experience (CoMP) .10 3.1.3 Advanced antenna technology (Massive MIMO) .11 3.1.4 More flexible and reliable network connection.12 3.1.4.1 Wireless relay technology .12 3.1.4.2 Distributed virtual community.13 3.2 Merging .14 3.2.1 Multidisciplinary crossover fusion.14 3.2.2 Multiple system fusion .14 3.3 Innovation.15 3.3.1 The new style of frequency using.15 3.3.2 The new highly integrated small base station technology.16 3.3.3 The new networking technology ( cell group and the group switching technology ) .17 3.3.3.1 The concept of grop cell.17 3.3.3.2 The switching strategy of grop cell .17 3.3.3.3 The fast grop cell selection.19 3.3.4 The new network technology autonomic network .21 3.3.5 Rear wireless network technology.21 4 Summary and perspectives.23 References .24 Acknowledgement.25 山东农业大学学士学位论文 移动通信网络演进及第五代移动通信关键技术研究 2010 级电子信息科学与技术一班 指导老师 【摘要】移动通信经历了 20 多年的发展，人类社会进入了高效率的信息化时代，人们使用数据业务的 习惯已经养成，人们对于数字生活的渴望愈加强烈。对于各个方面业务应用的需求呈现爆发式增长， 这就给未来的新一代无线移动宽带系统在频率、技术以及运营等各个方面都带来了巨大的挑战。5G 移 动宽带系统将成为 2020 年级以后人类信息社会需求的无线移动通信系统，它是一个多业务多技术多系 统融合的网络，通过技术演进和创新，满足未来广泛业务快速发展需要，提升用户体验。随着无线移 动通信系统带宽和能力的提升，面向个人和行业的移动互联网和物联网应用快速发展，与传统电信类 业务构成未来 5G 移动宽带的 3 大基本业务类型。本文通过对移动通信的网络演进和 5G 关键能力的研 究从而提出演进、融合和创新的 5G 技术标准发展路线，并对主要的技术方向进行分析探讨。 【关键词】5G、5G 目标、网络演进、5G 核心技术 The evolution of mobile communication network and the fifth generation mobile communication Zhangkun 【Abstract】With the development of mobile communication has experienced 20 years ,human society have entered the information age , people have built the habit of using the data to develop the business , people s desire for digital life turned more strongly . The demand for all aspects of business applications showing explosive growth , which brings the next generation of wireless broadband systems in all aspects of mobile frequencies, such as technical and operational challenges are enormous . 5G mobile broadband systems in the year of 2020 will be the demand of future wireless mobile communication system in the information society, it is a multi-service multi-technology multi-system integration network, through technology evolution and innovation to meet the future needs of the rapid development of a wide range of services to enhance the user experience. With the enhancement of wireless mobile communication system bandwidth and capacity ，personal and business application of mobile Internet and the development of Internet of Things develops rapidly, with the traditional telecommunication business make up the three major types of basic services in the future of 5G. .This article through the study of the evolution of mobile communication network and the key ability of 5G put forward to the technology standards of the development route of 5G through evolution、merging and innovation, and analyze the main directions of technology. 【Keywords】5G，the goals of 5G，network evolution， the core technology of 5G 1 绪论 山东农业大学学士学位论文 1 20 世纪 80 年代中期，当模拟蜂窝移动通信系统投入市场，标志着移动通信的诞生。 移动通信经历了从第一代移动通信系统（1G）到第四代移动通信系统（4G）的发展，历 代移动通信都有其典型的业务能力和标志性技术。 1G 仅实现了语音通信，以模拟式蜂窝网为主要特征，主要技术标准为 TACS，业务速 率为 9.6kbps。2G 虽然针对语音通信设计但已经可以提供丰富的业务而且标准化程度较 高，以数字化为主要特征，主要技术标准为 GSM（TDMA）、IS-95（窄带 CDMA）以及基于 GSM 的 GPRS（2.5G），业务速率最高达 115kbps。3G 是以语音业务为主的多媒体数据通 信，主要技术标准为 WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA，最高业务速率达 2Mbps，而 B3G 即 4G 技术提前运用到 3G 上，实现平滑演进，数据速率达 100Mbps，移动通信进入移动宽带时 代。4G 可以提供更高分辨率高速可靠的业务，以多媒体业务为主要特征，技术标准为 IMT-Advanced，分为 LTE-TDD、LTE-FDD，并采用 OFDM 和 MIMO 作为其无线网络演进标准。 最高业务速率可达 1Gbps，数据速率比 3G 提高数百倍，提供更高速的宽带数据传输。然 而随着近年来集成电路技术快速发展，通信系统和终端能力的极大提升，通信技术和计 算机技术的深度融合，各种无线接入技术逐渐成熟并规模应用。可以预见，对于未来第 五代移动通信技术（5G），不能再用某项业务能力或者典型技术特征来定义。随着无线 移动通信系统带宽和能力的提高，面向个人和行业的移动应用快速发展，移动通信相关 产业生态将逐渐发生变化，5G 不再仅仅是更高速率、更大带宽、更强能力的空中接口技 术，5G 要解决的问题将不仅仅是传输速率，而是要应对来自于联网设备的大规模增长以 及不同应用场景对网络需求的不同挑战。事实上，业界已经普遍认为，单纯的提速已经 没有意义了，因为用户对于速率的需求并不会无限制地增长，或者说已不是第一需求。 而是更加注重业务应用和用户体验的智能网络。通过技术的演进和创新，满足未来包含 广泛数据和连接的各种业务的快速发展需要，提升用户体验。 三星电子不久前宣布已率先开发出了首个基于 5G 核心技术的移动传输网络，并表示 将在 2020 年之前进行 5G 网络的商业推广。三星电子通过研究和实验证明，在 28GHz 的 超高频段，以 1Gbps 以上的速度，成功实现了传送距离在 2Km 范围内的数据传输，这极 大地促进了各国对于第五代移动通信系统的研究。 1.1 什么是什么是 5G 第五代移动通信系统（简称 5G）是面向 2020 年移动通信发展的新一代移动通信系统， 目前还没有一个具体标准，不过将会具有超高的频谱利用率和超低的功耗，在传输速率、 资源利用、无线覆盖性能和用户体验等方面将比 4G 有显著提升。 据韩联社报道称，三星电子宣布，其已率先开发出了首个基于 5G 核心技术的移动传 输网络，并表示将在 2020 年之前进行 5G 网络的商业推广韩国三星电子宣布，该公司在 山东农业大学学士学位论文 2 研发第五代移动通信技术(5G)方面已取得突破性进展，最终可允许用户一秒钟内下载一 整部高清电影。三星电子说，该公司采用一种毫米波的技术，测试人员用 64 个天线组 (用于确认客户端的位置并交换信号)，克服高频段不利传播难题，在两公里多距离内， 每秒钟传输超过千兆字节数据。这家电子行业巨头在一份声明中，这项新技术将提供比 现有 4G 网络快达数百倍的传输速度，允许用户几乎不受限制地传输大量数据文件，包括 高质量数字电影。用户能享受到诸如 3D 电影和游戏、实时流的超高清内容，以及远程医 疗服务。 对于未来第五代移动通信技术（5G） ，不能再用某项业务能力或者某个典型技术特征 来定义，随着无线移动通信系统带宽和能力的提高，面向个人和行业的移动应用快速发 展，移动通信相关产业生态将逐渐发生变化，5G 不再仅仅是更高速率、更大带宽、更强 能力的空中接口技术，5G 要解决的问题将不仅仅是传输速率，而是要应对来自于联网设 备的大规模增长以及不同应用场景对网络需求的不同挑战。事实上，业界已经普遍认为， 单纯的提速已经没有意义了，因为用户对于速率的需求并不会无限制地增长，或者说已 不是第一需求。而是更加注重业务应用和用户体验的智能网络。通过技术的演进和创新， 满足未来包含广泛数据和连接的各种业务的快速发展需要，提升用户体验。 1.2 5G 的目标的目标 5G 面向 2020 年信息社会需求的无线移动通信系统，可以支持 1000 倍的流量增长， 单位面积吞吐量显著提升；支持 100 倍的连接器件数；支持 10Gbps 的峰值速率；支持 10-100Mbps 的用户体验速率；支持更小的时延和更高的可靠性，用户面和控制面时延相 对 4G 缩短为 1/5 到 1/10；支持更高的频谱效率，相对于 4G 需要 5-10 倍的提升；支持更 高的能耗效率，网络综合能效提升 1000 倍。 以上的关键能力可以简单概括为无线传输容量扩大、低功率化以及连接所有物品三 大目标。 其关键能力如图 3.1 所示:可以看出较之 4G,第五代移动通信在用户吞吐量、延时、 峰值速率、连接器件数目、移动性等性能方面都有着较大的提升。 山东农业大学学士学位论文 3 图图 1.11.1 5G5G 的关键能力的关键能力 本文通过对移动通信网络演进过程以及第五代移动通信关键能力的研究，从而提出 演进、融合和创新的 5G 技术标准发展路线，演进能够将以 LTE/LTE-A 为主的现有技术和 频率用好、用活，并寻求新的频率以及频率使用方法；融合能够综合利用现有的无线移 动通信系统，以最低的代价为用户提供最好的体验；创新能够更进一步提升系统的效率， 降低设备和网络运维成本，满足未来长期发展的需求。从而构想出未来宽带代移动通信 的网络结构并对主要的技术方向进行分析探讨。 山东农业大学学士学位论文 4 2 移动通信的网络演进 移动通信经过二十多年的发展，经历了从 1G 到 4G 的发展，第一代移动通信为模拟 技术，主要为语音业务；在技术的驱动下，第二代移动通信为数字技术主要提供语音业 务及少量数据业务；在业务的驱动下，第三代移动通信除了基本通信业务外开始提供多 媒体业务；在用户的驱动下，第四代移动通信可以提供宽带多媒体业务即实现移动宽带 化、宽带移动化。如图 2.1 所示，为第一代移动通信到第四代移动通信的演进过程。 图图 2.12.1 移动通信系统的发展演进移动通信系统的发展演进 2.1 蜂窝移动通信系统网络的基本结构蜂窝移动通信系统网络的基本结构 蜂窝移动通信系统即公共移动通信系统的基本系统结构如图 2.2 所示。一个交换区 由一个移动交换中心（MSC，Mobile Service Switching Centre） 、一个或若干个归属位 置寄存器（HLR, Home Location Register）和访问者位置寄存器（VLR，Visitor Location Register,有时几个 MSC 合用一个 VLR） 、设备识别寄存器（EIR, Equipment Identity Register） 、鉴权中心（AUC, Authentication Centre） 、操作维护中心（OMC, Operation and Maintenance Centre） 、基地站（BS, Base Station,简称基站）和移动 台（MS, Mobile Station）等功能实体组成。 山东农业大学学士学位论文 5 图图 2.22.2 蜂窝移动通信系统网络的基本结构蜂窝移动通信系统网络的基本结构 MSC 对位于其服务区内的 MS 进行交换和控制，同时提供移动网与固定公众电信网的 接口。MSC 是移动网的核心。作为交换设备，MSC 具有完成呼叫接续与控制的功能，这点 与固定网交换中心相同。作为移动交换中心，MSC 又具有无线资源管理和移动性管理等功 能，例如移动台位置登记与更新、越区切换等。为了建立从固定网至某个移动台的呼叫 路由，固定网进入移动网的那个接口 MSC 称为关口 MSC（GMSC） ，由该 GMSC 查询有关的 HLR，并建立至移动台当前所属的 MSC 的呼叫路由。 HLR 是用于移动用户管理的数据库。每个移动用户必须在某个 HLR 中登记注册。HLR 所存储的用户信息分为两类：一类是有关用户参数的信息，例如用户类别，所提供的服 务，用户的各种号码、识别码，以及用户的保密参数等。另一类是有关用户当前位置的 信息，例如移动台漫游号码、VLR 地址等，用于建立至移动台的呼叫路由。 VLR 是存储用户位置信息的动态数据库。当漫游用户进入某个 MSC 区域时，必须向该 MSC 相关的 VLR 登记，并被分配一个移动用户漫游号（MSRN） ，在 VLR 中建立该用户的有 关信息，其中包括移动用户识别码（MSI） 、移动用户漫游号（MSRN） ，所在位置区的标志 以及向用户提供的服务等参数，这些信息是从相应的 HLR 中传递过来。MSC 在处理入网出 网呼叫时需要查询 VLR 中的有关信息。一个 VLR 可以负责一个或若干个 MSC 区域。 EIR 是存储有关移动台设备参数的数据库。EIR 实现对移动设备的识别、监视、闭锁 等功能。 AUC 鉴权中心是认证移动用户的身份以及产生相应认证参数的功能实体。AUC 对任何 试图入网的用户进行身份认证，只有合法用户才能接入网中并得到服务。 OMC 操作维护中心是网络操作维护人员对全网进行监控和操作的功能实体。 MSC PSTN MSC BS HLR VLR AUC MS 山东农业大学学士学位论文 6 2.2 1G 到到 4G 的网络演进的网络演进 2.2.1 1G 到 2G 的网络演进 1G 的网络结构的网络侧主要由移动电话交换实体提供移动通信服务，2G 网络侧由 BSS 和 NSS 两个子系统组成；1G 的位置管理是通过网络侧移动电话交换实体负责管理移 动节点的位置信息，不知持自动漫游，2G 的位置管理是采用 HLR、VLR 两级位置寄存器 管理移动用户的位置信息，采用 LA 划分位置管理区域；1G 的切换控制支持越区切换， 2G 的切换控制支持硬切换、软切换。 2.2.2 2G 到 2.5G 的演进 从 GSM 到 GPRS，增强了数据业务能力，增加了 PS 域，无线网侧增加相应信道， 需要增加处理单元 PCU。从 GPRS 到 EDGE，增加了新的功能，高阶调制编码方式，新 链路控制技术；可通过软件或硬件升级。2.5G 相对于 2G 网络结构上增加了分组域，支持 分组数据业务；位置管理上，电路域的位置管理功能不变，分组域由 SGSN 完成为止管 理功能，并与 HLR 配合完成联合位置管理；在切换控制方面，增加分组域的切换控制机 制。 图图 2.32.3 2G2G 到到 2.5G2.5G 网络演进网络演进 2.2.3 2G 到 3G 的演进 3GPP 制定了以 GSM 核心网为基础 UTRA（(FDD 为 W-CDMA 技术，TDD 为 TD-CDMA 技术） 为无线接口的第三代技术规范。TD-SCDMA /WCDMA 多址方式是码分多址，GSM 多址方式是 时分多址，GSM 和 TD-SCDMA/WCDMA 融合组网上可以共用核心网。 山东农业大学学士学位论文 7 图图 2.42.4 2G2G 到到 3G3G 网络演进网络演进 2.2.4 3G 到 4G 的网络演进 移动通信技术宽带化发展 TD-SCDMA HSPA HSPA+ LTE TDD WCDMA HSPA HSPA+ LTE FDD 宽带技术移动化发展 IEEE802.16d IEEE 802.16e IEEE 802.16m 图图 2.52.5 3G3G 无线移动通信技术演进无线移动通信技术演进 如图 2.6，4G 网络使用简化的网络结构，采用扁平化结构。随着移动网络从 3G 走向 山东农业大学学士学位论文 8 LTE，移动核心网也正在加快演进步伐，尤其是为了满足更高速率的移动数据业务接入的 需求，3GPP 定义了下一代移动通信核心网分组核心演进 EPC（Evolved Packet Core） 。与 传统核心网相比，EPC 具有非常明显的优势：控制面与用户面的分离以及用户面扁平化 的趋势，能够更加从容地应对移动数据流量的激增；支持 3GPP 和非 3GPP 的多种接入方 式，是支持异构网络的融合构架；消除了电路域，EPC 成为移动通信业务的基本承载网 络。 EPC 包含移动管理实体（Mobility Management Entity，MME） ，管理会话（session） 状态和认证并追踪网络上的用户。服务网关（Serving Gateway） ，通过访问网络路由数据。 分组数据节点网关（Packet Data Node Gateway，PGW） ，作为 LTE 网络和其它分组数据 网络间的端口，管理服务质量（QoS）并提供深度数据包检测（DPI） 。 E-UTRA（Evolved Universal Terrestrial Radio Access，演进的 UMTS 陆面无线接 入）包含 eNB，相比现有 3G 中的 Node B，集成了部分 RNC 的功能，减少了通信时协议的 层次。 图图 2.62.6 4G4G 网络架构：全网络架构：全 IPIP 扁平架构扁平架构 在不同代的系统之间，通信标准发生了革命，网络架构变化很大，网元在逐渐减少， 网络变得越来越扁平；另外由于新一代系统的功能和技术都发生了革命，原有网元无法 继续提供支持，因此需要定义新的网元。在同代系统的不同版本之间，通信标准在逐渐 演进，网络架构变化不大，主要的功能和技术都在原来的网元上引入，系统前向兼容。 所以未来 5G 网络肯定会在 4G 网络的基础上持续增强和演进并前向兼容，以满足 5G 关 键能力的需求。 山东农业大学学士学位论文 9 3 5G 技术方向分析 未来网络将面临很多的挑战，首先是需要持续优化和演进以 LTE/LTE-A 为主的现有 的移动通信系统，将现有的技术和频率用好、用活，并寻求新的频率以及频率使用方法； 其次需要融合各种现有的无线移动通信系统，综合利用已有频段上的各个技术以最低的 代价为用户提供最好的体验；同时，需要推动技术进步和创新，极大地提升系统的效率， 降低设备和网络运维成本，满足未来长期发展的需求。为了寻求持续盈利能力，运营商 需要调整思路适应产业生态的变革，降低网络成本，提升网络运营灵活性和业务能力。 通过对 5G 关键能力以及前四代网络演进的研究，演进、融合和创新将是面向未来 5G 技 术标准发展的 3 大路线。 图图 3.13.1 5G5G 技术路线技术路线 3.1 演进演进 移动通信的用户换代需要一个长期的过程，预计到 2020 年，LTE 及其演进系统将成 为最主流的通信系统，LTE 持续演进对 2020 年移动通信非常重要。截止到 2013 年，3GPP LTE 标准已经完成了从 R8 到 R11 的持续增强和演进，正在开展 R12 的研究和标准化。LTE 系统在 LTE-Hi 和小小区持续增强、用户边缘速率体验、多天线技术、对 M2M 业务的支持 等各个方面有待进一步地提升和功能扩充。 山东农业大学学士学位论文 10 3.1.1 小小区持续增强（密集组网） 密集组网是满足未来流量需求增长最有效的方法。减少每一个小区的面积，缩小小 区半径，提高网络密度至 10 倍乃至 20 倍。我国提出的 LTE-Hi 技术主要面向高频热点小 覆盖场景提供宽带移动数据业务体验，提出了动态 TDD、室内热点 MIMO 增强、高阶调制 等关键技术，未来需要进一步地优化和增强。近期主要研究内容包括：优化空口设计， 增强小区间干扰协调，实现小小区与大覆盖小区的 U/C 分离等；进一步地可以面向小覆 盖和高频段设计新系统，提升单小区能力和带宽、支持新的业务类型、降低空口时延， 设计更扁平更灵活的网络架构等。TDD 在高频段小覆盖具有频谱利用效率高、设备成本低 以及频率使用灵活等优点，超密集部署场景将重点考虑基于 TDD 方式的技术增强和演进。 3.1.2 边缘性能增强和用户体验提升 （多点协作技术） 协作多点传输技术是指协调的多点发射/接收技术，这里的多点是指地理上分离的多 个天线接入点。通过移动网络中多节点（基站、用户、中继节点等）协作传输，解决现 有移动蜂窝单跳网络中的单小区单站点传输对系统频谱效率的限制，更好地克服小区间 干扰，提高无线频谱传输效率，提高系统的平均和边缘吞吐量，进一步扩大小区的覆盖。 山东农业大学学士学位论文 11 图图 3.23.2 CoMPCoMP 多点协作技术多点协作技术 LTE-A 系统边缘性能有待进一步提升和增强，多接入点联合处理技术受限于接入点之 间接口的回传（Backhaul）能力，随着传输技术的进步以及集中式处理架构的推广，多 点协作（CoMP）技术可以持续提升和增强，提供无覆盖边界差异、以用户为中心的体验。 另外，随着集成电路和芯片处理能力的发展，接收机部分也可以考虑更加先进的干扰消 除技术（例如最大似然干扰消除、迭代干扰消除等），从而有效降低小区间的同频干扰， 提升业务质量和空口频谱效率。 3.1.3 先进天线技术 （大规模 MIMO 技术） 空间资源的进一步利用，将带来革命性的变革！信息论的研究结果表明：多天线环 境的引入将带来无线传输性能革命性的变革，容量可线性增长，性能可量级提高。 图图 3.33.3 空间资源的进一步利用空间资源的进一步利用 MIMO 技术是指发送端和接收端有多根天线，不相关的各个天线上分别发送多个数据 流；利用多径衰落，在不增加带宽和天线发送功率的情况下，提高信道容量及频谱利用 率，下行数据的传输质量。另外，使用多天线技术可以极大提升系统容量 山东农业大学学士学位论文 12 12345678910 0 5 10 15 20 25 30 MIMO channel capacity at SNR = 7 dB Number of antennas Shannon Capacity (bps/Hz) identical number of transmit and receive antennas 1 transmit antenna and multiple receive antennas multiple tramsmit antennas and 1 receive antenna 图图 3.43.4 MIMOMIMO 基本模式及仿真基本模式及仿真 多天线技术作为 LTE 的最主要特征，是未来演进的最重要方向。有源天线（AAS）技 术将射频处理单元甚至部分基带单元放到天线前端，从而为采用更先进的多天线技术带 来了可能。基于有源天线并将垂直方向的多阵子分离出来，可以实现三维波束赋形（3D- Beamforming）技术，从而支持水平和垂直空间的波束赋形和多用户复用，进一步提升空 口频谱效率。3D 空间信道模型的研究和分析、信道估计和参考符号设计、赋形码本的设 计为后续研究的重点。 随着计算能力的提升，大规模 MIMO（Massive MIMO）技术结合空间特性以及编码增 益，可以进一步提升空间复用效率，提升系统容量。当然天线数目的大规模增加，对设 备的外观设计、网络建设和部署、系统处理能力等也带来一定的困难。由于高频段上天 线间距和尺寸更小，工程实现难度更低，可采用全新的天线型态设计，Massive MIMO 在 未来高频段的利用也是重要的研究方向。 3.1.4 更灵活可靠的网络和连接（无线中继技术和分布式动态虚拟小区技术） 传统蜂窝小区的基础上，LTE 进一步拓展连接方式和接入方式，支持更加灵活的网络 架构以及连接方法，提升网络可靠性和整体性能。而为了保证传输速率，只能大幅降低 小区覆盖范围，增加小区数目，而无线中继可以在不增加基站数目的前提下，低成本扩 大基站的覆盖范围。 Tx 1st Tx th M Tx 2nd Rx 1st Rx th N Rx 2nd 11 h 12 h N h1 21 h 22 h N h2 1M h 2M h MN h 山东农业大学学士学位论文 13 3.1.4.1 无线中继技术 无线中继技术，是利用中继站（RS），实现基站（BS）与移动台（MS）的互连，通 过利用 RS、BS 可以覆盖诸如购物中心、建筑物或停车场内部之类的区域。否则，这些区 域不可被 BS 访问。 图图 3.53.5 终端不在基站覆盖范围终端不在基站覆盖范围 图图 3.63.6 终端在基站覆盖范围内终端在基站覆盖范围内/ /边缘边缘 如图 3.5 所示，终端不在基站的覆盖范围之内时，利用中继技术，可以在不增加基 站数目和发射功率的前提下，提高小区的覆盖面积。如图 3.6 所示，终端在基站覆盖范 围之内或在小区边缘时，可以提高小区边缘或是小区的平均吞吐量，即提高小区容量。 基站降低发射功率，Relay 补充覆盖，类似于小区分裂。 例如，移动中继（Mobile Relay）技术在高铁等场景下，有效解决大量以簇为单位 的用户整体高速移动并提供可靠服务的需求，其重点为解决高性能无线回传 （Backhaul）链路的设计和优化、用户簇移动性管理等技术难题。为了进一步增加通信 链路的灵活性和可靠性，在引入 D2D 特性的基础上，可以进一步设计支持 UE 辅助的中继 技术，通过多跳扩展网络覆盖或者提升链路性能。另外，基站内用户间 MAC 层直通，可 以降低通信回传的开销，适合未来业务本地化和社区化的趋势，同时结合用户中继（UE Relay）等多跳技术，在回传链路故障时，也能为用户提供可靠通信保证。因此，中继技 术可以提高中高速率数据应用的覆盖；提高小区的吞吐量，尤其是边缘吞吐量。 3.1.4.2 分布式虚拟小区 分布式动态虚拟小区，区别于传统无线通信系统结构是小区结构，无线覆盖区域被 划分为相对独立的小区，用于减少同信道干扰，而天线或天线阵列位于小区的中心位置， 山东农业大学学士学位论文 14 用来保持与本小区内的用户进行通信。分布式虚拟小区在保持小区结构不变的情况下， 将若干天线分布于整个小区内，通过光纤或同轴电缆与位于中心位置处基站相连，当然 不仅采用天线（端口）是分布式、接入网中端口服务器（P