《5G移动通信技术》 课件 项目二任务三 5G无线技术

项目二任务三5G无线技术学习目标知识点1：能够说出5G移动通信网络中无线部分所使用的一些关键技术。知识点2：能够描述MassiveMIMO在5G系统中的应用。移动通信的演进5G手机精彩纷呈的业务是通过无线电波进行信息的传输，无线电通信的最大魅力在于人们可以省去敷设导线的麻烦，实现更加自由、更加快捷、无障碍的信息交流和沟通。为了实现高带宽、低迟延、大连接特性，5G网络在无线技术上除了对原有技术进行优化创新之外，还应用了一些全新的技术。本次任务主要介绍了5G在无线接口所使用的一些无线技术。“”5G无线网络采用毫米波通信丰富了频率资源，增加了传输带宽，同时使用MassiveMIMO技术提高网络与终端之间的传输速率。在终端之间采用D2D技术，有效降低无线网络负荷，拓展了无线连接边界。”知识储备:5G应用三大场景eMBB、uRLLC和mMTC，这三大愿景分别是10Gbit/s的峰值速率、1ms的端到端迟延以及100万设备平方千米的连接。为了实现这些愿景，5G网络在无线技术上增加了一些关键技术来支撑。（1）采用毫米波通信移动通信依赖无线频谱资源，然而目前几乎所有的商业无线通信工作频段都集中在300MHz～3GHz频段，而3～300GHz(毫米波)频段的利用率相对较低，有效地利用该频段资源，将有助于解决频谱资源短缺问题，同时还满足大数据的传输要求，提高网络传输效率。5G移动通信系统是一个广覆盖、高容量、多连接、低时延和高可靠性网络，将毫米波通信技术应用于5G通信系统，是一种业界普遍认同的愿景。5G频率资源可以分为以下两个频率范围，一个是Sub6G频段，即低频段，是5G的主要频段；另一个是毫米波即高频段，是5G的扩展频段，频率资源丰富。毫米波通信的许多特点契合人们对5G移动通信系统制定的相关愿景。其最突出的优点是波长短和频带宽，是微型化和集成化通信设备支撑高性能、超宽带通信系统的技术基础，同时也为5G系统的超高速率和超连接数量提供了保证。毫米波通信设备的体积小、重量轻，便于微型化、集成化和模块化设计，不仅可以使天线获得很高的方向性和天线增益，还特别适合移动终端的设计理念。01（2）MassiveMIMO技术大规模MIMO(MassiveMIMO如图2-3-2所示)是5G移动通信系统提高系统容量和频谱利用率的关键技术。它最早由美国贝尔实验室研究人员提出，他们研究发现，当小区的天线数目趋于无穷时，加性高斯白噪声和瑞利衰落等负面影响全都可以忽略不计，数据传输速率能得到极大提高。在大规模MIMO系统中，基站配置大量的天线数目通常有几十、几百甚至几千根，而基站所服务的用户设备（如手机）数目远少于基站天线数目，基站利用同一个时频资源同时服务若个UE，充分发掘系统的空间自由度。从而增强了基站同时接收和发送多路不同信号的能力，大大提高了频谱利用率、数据传输的稳定性和可靠性。

MassiveMIMO大规模天线阵列，为了实现相应的功能，至少要求有16根收发天线。华为目前做到了业界领先的64根收发天线，实现了64发64收，当然如果做到128发128收甚至更多则天线赋能效果更好。通过足够数量的天线可以实现更灵活精确的三维立体窄波束赋形，使得更多用户复用无线时频资源，从而达到提升覆盖能力和系统容量并降低系统干扰的目的。这就如同家用的无线路由器，一般情况下无线路由器的天线数越多，路由器的信号越好、传输速率越快。当然这个前提是用户手机的天线数量，如果用户的天线只有两根（一发一收），则用户的峰值速率不会得到明显的提升。当用户终端的天线有4根及以上，则由于此时用户下行可以同时接收4个甚至更多的数据流，所以单用户的峰值速率会得到成倍提升。（3）D2D（Device-to-Device）D2D指的是两个终端设备之间的相互通信。在D2D技术出现之前，已有类似的通信技术出现，如蓝牙(短距离时分双工通信)，Wi-FiDirect(更快的传输速度和更远的传输距离)等。D2D通俗点讲就是终端间的直接通信,与常规蜂窝通信的主要区别是不需要基站进行信息中转。在5G网络中，我们为了提升信息收发和传输效率，会引入终端直通技术；其原因是终端直通可以减少回传网络中的大数据流量，同时相关信令的负载也减轻，降低了中心网络节点流量管理和转发信息的需求。D2D通信的典型场景之一是车联网中的V2V（Vehicle-to-Vehicle）通信。比如，在高速行车时，车辆的变道、减速等操作动作，可以通过D2D通信的方式向周边车辆发出预警，其他车辆基于接收到的预警对驾驶员进行警示，甚至紧急情况下对车辆进行自主操控，以缩短行车中面临紧急状况时驾驶员的反应时间，降低交通事故发生率。另外，通过D2D技术，车辆更可靠地发现和识别其附近的特定车辆，比如经过路口时的具有潜在危险的车辆、具有特定性质的需要特别关注的车辆（如载有危险品的车辆、校车）等。基于终端直通的D2D由于在通信时延、邻近发现等方面的特性，使得其应用于车联网车辆安全领域具有先天优势。

任务实施步骤1：仔细阅读知识内容归纳总结毫米波通信的优势。步骤2：仔细阅读知识内容并归纳总结MassiveMIMO在5G网络中的优势。

任务实施评价本次任务实施评价见表2-3-1。任务自我评价团队评价教师评价20分50分30分团队协作

独立思考

纪律观念

完成时间

工作态度

学习主动性

任务完成质量

得分小结

得分合计

学习过程遇到哪些困难？

如何解决遇到的问题。

自己在完成任务中哪些方面有提高？

在完成任务中存在哪些不足？

教学活动自我评分小组评分共享（15分）

贡献（15分）

倾听（15分）

协作（15分）

问题解决（20分）

决策（15分）

其他（5分）

任务总结本次任务总结见表2-3-2。请列举出本次课你学习到哪些知识？

请谈谈本次课学习的内容可以应用哪些方面？

发挥你的想象力，本次课知识除了常规的应用，还能在哪些方面可以运用？

请你谈谈与本次内容相关或相近的5G时讯表2-3-2任务总结表

任务拓展双工技术是通信节点实现双向通信的关键之一。传统双工模式主要是频分双工(FDD）和时分双工(TDD)。时分双（TDD)是通过时间分隔实现信号的发送及接收；频分双工(FDD)是利用频率分隔实现信号的发送及接收。4G的FDD-LTE制式是FDD系统，我国企业主导的TD-LTE是TDD系统。在FDD移动通信系统中，基站发射机通过下行信道，将信息发送至移动终端，而移动终端则通过上行信道发送信息至基站接收机，因为下行信道和上行信道采用不同的频率，为此FDD付出两份频率开销。而TDD系统同样为双工通信都付出了双份资源开销。因为频率资源和时间资源具有等效性，所以理论上FDD和TDD具有相同的频谱效率。采用FDD模式的移动通信系统必须使用成对的收、发频带。然而，在实际系统中，有很多上下行非对称的业务，此时FDD系统的频谱利用率会大大降低。表2-3-3列出了不同业务上下行流量的比例，可以看出，不同业务、不同场景上下行流量的需求差别很大。因此采用成对的收发频带的FDD系统不能很好地匹配5G不同场景、不同业务