文档介绍：word
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5G 无线通信系统：前景和挑战
5G 无线通信网络
蜂窝结构体系和关键技术
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wor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METIS 2020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开展，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1 GB / 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10 GB / 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。
本文的其余局部安排如下：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。
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，以与能量效率。
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，以便用这种方式防止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根底设施本钱的同时，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。
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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