基于MassiveMIMO的5G安全通信技术研究
5G无线通信网络物理层关键技术
5G无线通信网络物理层关键技术随着技术的不断发展，5G无线通信网络已经成为了未来无线通信的重要发展方向。
在这个过程中，物理层关键技术是5G无线通信网络得以实现的重要基础。
本文将重点探讨5G无线通信网络物理层关键技术的相关内容。
1. 大规模天线系统大规模天线系统（Massive MIMO）是5G无线通信网络中的一个重要技术，通过大规模天线系统可以实现多用户的同时传输，提高网络容量和覆盖范围。
大规模天线系统利用数十甚至上百个天线来实现多用户的数据传输，极大地提高了网络的效率和可靠性。
大规模天线系统还可以有效降低发射功率，减小辐射对人体的危害，是5G网络中的一个重要技术创新点。
2. 自适应调制与编码技术在5G网络中，自适应调制与编码技术（AMC）是一项重要的物理层关键技术。
AMC技术可以根据信道条件和用户需求自动调整调制方式和编码率，从而实现更高的传输速率和更可靠的通信质量。
通过AMC技术，5G网络可以实现更高的频谱效率和更强的抗干扰能力，从而更好地满足不同用户的通信需求。
3. 多用户多址技术在5G网络中，由于用户设备之间的数据量不断增加，多用户多址技术（MU-MIMO）成为了物理层关键技术之一。
MU-MIMO技术可以同时为多个用户设备提供独立的数据流，有效地提高了网络的容量和吞吐量。
通过MU-MIMO技术，5G网络可以为大规模并发的用户提供更高效的通信服务，满足网络中不同用户设备的通信需求。
4. 新型波束赋形技术新型波束赋形技术是5G网络中的重要物理层关键技术之一，通过波束赋形技术可以实现对信号的定向传输，提高网络的覆盖范围和通信质量。
通过波束赋形技术，5G网络可以实现更好的覆盖和更高的速率，在高速移动或密集覆盖场景下有着重要的应用前景。
5. 宽带毫米波通信技术毫米波通信技术是5G网络中的一个重要技术创新点，通过毫米波通信技术可以实现更高的频谱效率和更大的带宽。
在5G网络中，毫米波通信技术可以实现更高的数据传输速率和更低的时延，为网络中各种应用提供更好的通信支持。
5G Massive MIMO寻优验证与应用
研究Technology StudyI G I T C W 技术12DIGITCW2021.040 引言5G Massive MIMO 的多天线阵列系统增加了垂直维的自由度，可灵活调整水平维和垂直维的波束形状。
5G 支持基于Beam Sweeping 的广播信道波束赋型，由多个窄波瓣波束轮发，形成宽波束覆盖效果，进一步提升了立体覆盖能力。
在不同的覆盖场景下，通过多种广播波束权值配置，生成不同组合的赋型波束，不同组合具有不同的倾角、方位角、水平波宽、垂直波宽，能够满足不同场景的覆盖要求，为网络覆盖优化提供了新的思路和手段。
目前普遍采用厂家默认的Pattern ，仅在单站和簇优化过程中根据测试情况进行Pattern 的局部优化。
为探索不同场景Pattern 最优配置，指导和支撑5G 规划与优化，本项目在不同场景下开展Pattern 权值寻优，并验证输出不同场景下的5G 天线权值推荐值。
1 广播波束Pattern 介绍1.1 波束管理介绍波束管理主要分为小区级广播信道波束管理以及用户级波束管理。
对于小区级波束管理，5G NR 的广播波束为N 个方向固定的窄波束，相较于LTE TDD 用一个宽广播波束覆盖整个小区，NR 能够通过在不同时刻发送不同方向的窄波束完成小区的广播波束覆盖。
UE 扫描每个窄波束来获得最优波束，完成同步和系统消息解调。
如图1所示。
图1 NR TDD 广播波束扫描范围1.2 立体覆盖波束5G MassiveMIMO 天线的一个显著特征是可以调整天线权值与波束赋形技术来调整广播波束的水平波宽、垂直波宽、方位角和下倾角，以此来得到特定的覆盖效果。
目前，各厂家设备均支持一种默认配置的广播波束覆盖和多种典型的广播波束覆盖场景。
在不同的覆盖场景下，广播波束有不同的倾角、方位角、水平波宽、垂直波宽。
通过灵活配置不同的广播波束覆盖场景，能够解决不同场景下小区覆盖受限以及邻区干扰等问题。
图2是三种不同波束宽度组合天线波形示意图：第一种水平波宽较大垂直波宽小，对平面有较广的覆盖；5G Massive MIMO 寻优验证与应用王闽申（中国电信股份有限公司福建省分公司，福建 福州 350001）摘要：5G Massive MIMO 的多天线阵列系统增加了垂直维的自由度，可灵活调整水平维和垂直维的波束形状，并引出了立体覆盖波束Pattern 这一概念。
5G移动通信中Massive MIMO技术的研究
5G移动通信中Massive MIMO技术的研究随着5G移动通信技术的不断发展，Massive MIMO技术作为其关键技术之一，引起了广泛的关注和研究。
本文将从Massive MIMO技术的基本概念、原理和应用等方面展开探讨，并对其在5G移动通信中的研究进行全面分析。
一、Massive MIMO技术的基本概念Massive MIMO是指大规模多输入多输出技术，它通过使用数十甚至数百个天线来同时为多个用户提供服务，大幅提高了网络的容量和覆盖范围。
相对于传统的MIMO技术，Massive MIMO具有更高的时频效率和更低的功率消耗，能够实现更快的数据传输速度和更广的覆盖范围，是5G通信技术的核心内容之一。
Massive MIMO技术的基本原理是通过在基站端部署大量的天线来实现对多个用户进行同时通信。
通过使用大规模的天线阵列和精密的信号处理算法，基站可以利用空间多样性的特性，同时为多个用户提供服务，从而提高了网络的容量和覆盖范围。
Massive MIMO技术还可以利用波束赋形和波束成形等技术实现对用户间的干扰抑制，提高了网络的抗干扰性能和可靠性。
与此Massive MIMO技术还可以实现对移动终端设备的定位和跟踪，提高了网络的定位精度和覆盖范围，为用户提供了更丰富的位置服务和增强现实体验。
Massive MIMO技术还可以通过使用更低的功率和更高的频谱效率来减少网络的能耗和成本，使得5G移动通信网络可以更加环保和可持续发展。
目前，国内外学术界和工业界对Massive MIMO技术在5G移动通信中的研究已经取得了很多进展。
在理论研究方面，研究人员通过建立数学模型和仿真平台，对Massive MIMO 技术的性能和特性进行了深入分析和探讨。
他们研究了Massive MIMO技术在不同信道环境下的传输性能、功率控制策略、波束赋形和波束成形算法等方面的技术难题，并提出了一系列有效的解决方案。
在工程实践方面，运营商和设备厂商也积极推动Massive MIMO技术在5G移动通信中的应用与部署。
5G移动通信网络的研究与优化
5G移动通信网络的研究与优化随着科技的不断进步，移动通信网络在过去几十年中得到了飞速的发展。
作为移动通信网络的最新一代技术，5G通信网络被认为是未来通信领域的关键技术。
本文将探讨5G移动通信网络的研究与优化，以及其对现有移动网络的改进和未来发展的影响。
5G移动通信网络是指第五代移动通信技术，它具有更高的速度、更低的时延、更可靠的连接和更多的容量。
为了实现这些目标，研究人员在5G网络设计中采用了一些新的技术和架构。
其中一项重要的技术是毫米波通信，利用高频段的毫米波频谱进行数据传输。
毫米波通信的优势是可以提供更大的带宽和更快的速度，但也存在传输距离短、抗干扰能力差等挑战。
因此，研究人员正在努力解决这些问题，以实现毫米波通信的可靠性和稳定性。
除了毫米波通信，5G网络还采用了更先进的多天线技术，如大规模MIMO（Massive MIMO）。
大规模MIMO可以利用多个天线在空间上进行信号的处理和传输，实现更好的信号质量和较高的数据速率。
此外，研究人员正在研究和优化网络架构，例如网络切片（Network Slicing）。
通过网络切片，网络资源可以根据不同应用和服务的需求进行自适应配置，同时实现网络的高效利用和性能优化。
除了研究新技术和架构，5G移动通信网络的优化也是非常重要的一环。
在优化方面，研究人员主要关注以下几个方面：网络容量、覆盖范围、能源效率和用户体验。
在5G网络中，由于更高的频谱效率和更多的天线，网络容量得到了显著提升。
然而，随着用户数量的不断增加和应用数据量的增长，网络容量仍然是一个挑战。
因此，优化网络容量成为研究的焦点之一。
在优化覆盖范围方面，研究人员正在研究如何提高网络覆盖的均匀性和覆盖的可靠性，以满足不同地域和环境下的通信需求。
能源效率也是5G网络优化的重点之一。
随着移动通信的快速发展，通信基站的能源消耗量也在不断增加。
为了降低能源成本和减少对环境的影响，研究人员正在努力寻找能源效率的解决方案，例如降低基站功耗、优化基站布局等。
5G通信系统中massiveMIMO-FBMC技术地结合概述
massive MIMO-FBMC技术综述摘要为了应对第五代移动通信（5G）中更高数据率和更低时延的需求，大规模MIMO（massive multiple-input multiple-output）技术已经被提出并被广泛研究。
大规模MIMO技术能大幅度地提升多用户网络的容量。
而在5G中的带宽研究方面，特别是针对碎片频谱和频谱灵活性问题，现有的正交频分多址（Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM）技术不可能应对未来的挑战，新的波形方案需要被设计出来。
基于此，FBMC（filter bank multicarrier）技术由于具有比OFDM低得多的带外频谱泄露而被受到重视，并已被标准推进组IMT-2020列为5G物理层的主要备选方案之一。
本文首先回顾了5G中波形设计方案（主要是FBMC调制）和大规模多天线系统（即massive MIMO）的现有工作和主要挑战。
然后，简要介绍了基于Massive MIMO的FBMC系统中的自均衡性质，该性质可以用于减少系统所需的子载波数目。
同时，FBMC中的盲信道跟踪性质可以用于消除massive MIMO系统中的导频污染问题。
尽管如此，如何将FBMC技术应用于massive MIMO系统中的误码率、计算复杂度、线性需求等方面仍然不明确，未来更多的研究工作需要在massive MIMO-FBMC方面展开来。
关键词：大规模MIMO；FBMC；自均衡；导频污染；盲均衡AbstractIn order to address the requirements of higher data rates and lower latency in the fifth generation mobile communication systems (5G), massive multiple-input multiple-output (MIMO) has been proposed and is currently an active area of research. This is due to the fact that they can greatly increase the capacity of multiuser networks. In the quest for bandwidth, particular challenges that need to be addressed in the context of 5G are fragmented spectrum and spectrum agility. It is unlikely that these challenges can be satisfied using Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM), and new waveforms are required. The filter bank multicarrier (FBMC) technique has been listed by IMT-2020 as one of the key physical layer candidates in 5G, since the FBMC has much lower out-of-band radiation than the OFDM.This article reviews existing related work and identifies the main challenges in the key 5G area at the intersection of waveform design (especially for FBMC) and large-scale multiple antenna systems, also known as Massive MIMO. The property of self-equalization is then introduced for FBMC-based Massive MIMO, which can reduce the number of subcarriers required by the system. It is also shown that the blind channel tracking property of FBMC can be used to address pilot contamination - one of the main limiting factors of Massive MIMO systems. Nevertheless, the implications of FBMC on error-rate performance, computational complexity, and linearity requirements in large-scale MIMO systems with potentially hundreds of antennas at the base station are still unclear. More research works correspond to the massive MIMO-FBMC system are needed in the future.Key Words:massive MIMO; FBMC; self-equalization; pilot contamination; blind equalization目录摘要 (I)Abstract (II)1 引言 (1)2 技术背景简介 (3)2.1 massive MIMO技术 (3)2.1.1 Massive MIMO的引入 (3)2.1.2 点对点MIMO (4)2.1.3 多用户MIMO(MU-MIMO) (6)2.2 FBMC技术 (7)3 massive MIMO-FBMC的结合问题 (10)3.1 信道均衡问题 (10)3.2 导频污染问题 (11)4 结语 (13)参考文献 (14)1 引言Massive MIMO（又称large scale MIMO）技术，是指基站端采用大规模天线阵列，天线数超过十根甚至上百根，并且在同一时频资源内服务多个用户的多天线技术，该技术由贝尔实验室的Marzetta于2010年首次提出，目前已成为5G无线通信领域最具潜力的研究方向之一[1,2]。
5G通信中的多天线技术研究
5G通信中的多天线技术研究随着5G通信技术的不断发展，多天线技术已经成为了5G网络中非常重要的一部分。
这种技术可以同时发送和接收多个信号，提高了网络的传输速度和覆盖范围。
本文将以多天线技术在5G通信中的应用为主题，探讨其研究现状和未来发展。
一、多天线技术的原理多天线技术是指利用多个天线进行信号发送和接收的技术。
这种技术的基本原理是通过将多个天线进行组合，在原本的单一天线的基础上形成一个大的天线阵列。
这样可以同时发送和接收多个信号，提高了信道的带宽和传输速度。
二、多天线技术在5G通信中的应用（1）MIMO技术MIMO技术是多天线技术中最为常见和关键的技术。
它可以利用多个天线的信号，将其组合起来形成一个更加稳定和高速的网络。
5G的MIMO技术可以同时利用基站和设备上的天线来进行数据的传输，大大提高了网络的性能。
同时，MIMO技术也可以将不同的信道进行整合，提高网络的覆盖范围和稳定性。
（2）Massive MIMO技术Massive MIMO技术是指利用大量天线进行信号传输的技术。
这种技术可以在相同的频带和功率下，提高网络容量和性能。
5G 的Massive MIMO技术可以利用几十到数百个天线进行信号的发送和接收，提高了网络的同时连接数和速度。
（3）Beamforming技术Beamforming技术是利用多个天线构成的天线阵列，在空间域上进行信号的整合和优化。
这种技术可以将信号聚焦到用户所在的位置，大大提高了信号的覆盖范围和传输质量。
同时，Beamforming技术还可以将不同的信号进行分离和整合，提高了网络的稳定性和可靠性。
三、多天线技术的研究进展近年来，多天线技术在5G通信中的应用已经取得了很多的进展。
其中，MIMO技术已经成为了5G无线通信的核心技术之一。
同时，Massive MIMO技术和Beamforming技术也在不断的优化和改进中，逐步将其性能提高到一个新的高度。
同时，多天线技术还有很多需要研究和解决的问题。
关于福州电信5G室内分布式Massive MIMO创新试点的研究
通信热点DOI:10.3969/j.issn.1006-6403.2022.06.009关于福州电信5G 室内分布式Massive MIMO 创新试点的研究［陈金］随着5G 网络的不断发展与完善，重点室内场景需要提供大容量能力满足ToB 和ToC 场景需求，针对以往重点室分小区传统优化方案的不足，提出采用5G 分布式Massive MIMO 提升小区容量与用户体验。
以Massive MIMO 的创新理念和工作原理为基础，通过对实施案列的分析测试，验证了使用该方案对比传统优化方案在覆盖、容量、吞吐率等方面都能得到有效的提升。
陈金工程师，现就职于福建省邮电规划设计院有限公司，本科学历，研究方向：主要从事无线网规划、设计方面的研究工作。
关键词：5G Massive MIMO 室内分布 pRRU 指标对比摘要1 引言5G 商用牌照发放2年多来，我国5G 网络基础设施建设稳步推进，至2021年末，国内各大运营商已基本上完成了县城以上的5G 网络的广覆盖，同时也对机场、火车站、地铁、高校、大型场馆、大型商超等高流量高价值的室内场景进行了5G 室分覆盖。
随着5G 网络及5G 业务的不断发展，高流量高价值等重点室内场景对5G 网络在覆盖、容量、吞吐率、切换等方面都有着非比寻常的要求，如果仅仅采用传统优化手段处理，伴随着5G 终端用户的不断普及与发展，该类重点室内场景5G 网络后续必然会面临容量不足、速率体验不佳、用户投诉等问题，导致影响5G 业务运营。
本文以5G 分布式Massive MIMO 的创新理念和工作原理为基础，通过典型案例，研究验证了使用该方案与传统优化方案在覆盖、容量、吞吐率、切换等方面所展示的提升与增益情况，为今后5G 网络建设中使用该方案提供借鉴。
2 技术原理2.1 分布式Massive MIMO 原理5G 室内分布式Massive MIMO 技术将宏站Massive MIMO 技术理念引入到室内形成分布式、逻辑天线、空间隔离及空分复用等特性，通过联合波束赋形技术将重叠区域干扰变成增强信号，有效解决室内5G 小区重叠区域的干扰问题，加强了用户终端体验感知，如图1所示。
5G关键技术大规模多天线技术现状及研究点介绍
5G关键技术大规模多天线技术现状及研究点介绍5G是第五代移动通信技术的简称，其关键技术之一是大规模多天线技术，又称为Massive MIMO技术。
该技术通过在基站和终端设备中增加大量天线来实现更高的无线传输速率和更可靠的通信质量。
大规模多天线技术的现状可以总结为以下几点：1. MIMO技术的发展：MIMO（Multiple Input Multiple Output）技术是大规模多天线技术的基础，通过增加基站和终端设备中的天线数量，可以提高信号的传输速率和容量。
目前，MIMO技术已经在4G网络中得到广泛应用，并在5G网络中进一步发展和完善。
2. Massive MIMO技术的引入：Massive MIMO是MIMO技术的一种扩展形式，它在基站中使用数百甚至数千个天线，可以支持更多的用户连接，提高系统容量和频谱效率。
Massive MIMO技术在5G标准中被纳入，并且已经在一些实际网络和试验中得到验证。
3. 信号处理算法的创新：大规模多天线技术需要有效的信号处理算法来实现数据的传输和接收。
目前，研究人员正在积极探索各种新的信号处理算法，如预编码、波束forming以及多用户检测等，并且已经取得了一定的进展。
4.天线设计的挑战：大规模多天线技术需要在有限的基站和终端设备空间内部署大量的天线。
这就对天线设计提出了更高的要求，需要在限制条件下实现更高的增益和更低的互相干扰。
因此，天线设计成为研究的一个重要方向。
在大规模多天线技术的研究中，还存在一些挑战和需要进一步探讨的研究点：1.高效的调度和功率控制。
在大规模多天线系统中，如何合理地调度用户的连接和优化功率分配是一个关键问题。
研究人员需要设计高效的调度算法和功率控制策略，以在满足用户需求的同时最大限度地利用系统资源。
2.天线选址和阵列设计。
大规模多天线系统需要合理地部署天线和设计天线阵列，以最大限度地提高覆盖范围和增强信号的传输能力。
因此，如何选择合适的天线位置和设计最优的阵列结构成为一个重要的研究点。
5G关键技术MassiveMIMO深度解读
5G关键技术MassiveMIMO深度解读⼀、关于5G的探究1.1 5G的背景及需求在第四代移动通信⽹络（4G）的部署⽅兴未艾之时，第五代移动通信⽹络（5G）的研究开发已在全球开启⼤幕。
移动互联⽹和物联⽹领域的蓬勃发展有⼒推动了⼯业界和学术界对未来5G⽹络的研发⼯作。
随着移动互联⽹领域的⾼速发展，各种智能终端以及各类新业务新应⽤的出现将导致移动数据流量呈现爆炸式增长，预计2020年全球移动数据流量将会⽐2010年增长1000倍[1-2]。
除数据流量的急速上升外，物联⽹⾏业的快速发展也将使移动通信的服务范围从⽬前⼈与⼈之间的通信进⼀步扩展到⼈与物、物与物之间的通信，随之⽽来的是⽹络中海量设备的同时在线链接，预计2020年联⽹的智能终端数⽬将达到数百亿甚⾄数千亿。
⾯对2020年及未来如此庞⼤的数据流量及其他应⽤需求，当前的4G⽹络技术显然⽆法给予满⾜。
因此，加快5G技术研发和标准制定的步伐已成为国际主流共识。
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。
虽然⽬前业界对5G的相关标准尚未达成共识，但普遍认为，5G的关键性能指标主要包括：能量效率、频谱效率、⽤户体验、时延、⽤户峰值速率以及连接数密度等[3]。
其中，5G⽹络与4G⽹络相⽐需要在能量效率⽅⾯提升100倍以上，在频谱效率⽅⾯提升5~15倍以及传输时延⽅⾯需缩短10倍以上[4]。
1.2 5G的关键技术及国内外研究现状为应对移动互联⽹和物联⽹爆炸式发展带来的千倍业务流量增长和海量设备连接，5G 已经成为国内外移动通信领域的研究热点。
业界普遍认为，5G应该具备超⾼的能量效率和频谱效率，与4G相⽐在传输速率、时延和⽤户体验⽅⾯也要有较⼤性能提升。
为实现5G⽹络的关键性能指标，起基础⽀撑作⽤的5G关键技术主要包括：⼤规模多输⼊多输出（⼤规模 MIMO)、超密集部署、毫⽶波通信、终端直通技术（D2D）、全双⼯技术以及新型⽹络架构[5-6]。
5g基站massive mimo技术特点
5G基站Massive MIMO技术特点随着5G技术的发展，Massive MIMO技术已经成为了5G基站的重要组成部分。
Massive MIMO技术是指多输入多输出技术，它通过利用大量的天线和信道来提高数据传输速度和网络覆盖范围。
下面将从三个方面介绍5G基站Massive MIMO技术的特点。
1. 天线数量大Massive MIMO技术的一个显著特点就是天线数量大。
传统的MIMO 系统可能只使用几个或几十个天线，而Massive MIMO系统则可能使用上百甚至上千个天线。
这样就可以实现更多的空间自由度，提高系统的覆盖范围和容量。
2. 高度集成Massive MIMO基站中的天线数量庞大，但其体积却相对较小。
这得益于Massive MIMO技术的高度集成特点，通过采用半导体射频集成电路和高度集成的天线阵列，使得大量的天线可以布置在相对小的空间内，从而减小了基站的体积和重量。
3. 智能波束成形Massive MIMO技术还具有智能波束成形的特点，利用基站上的大量天线可以实现更加精确的信号传输和接收。
通过波束成形技术，可以使得信号更加集中地覆盖在用户的接收设备上，从而提高了传输速率和数据质量。
在实际应用中，5G基站Massive MIMO技术还具有覆盖范围广、抗干扰能力强、多用户接入能力强等特点，为5G网络的建设和发展提供了强大的支持。
相信随着技术的进一步研究和发展，5G基站Massive MIMO技术将会在未来的5G通信中扮演越来越重要的角色。
4. 高速数据传输5G基站Massive MIMO技术的另一个显著特点是支持高速数据传输。
由于采用了大量的天线和信道，Massive MIMO系统可以实现更高的频谱效率和数据传输速率。
这意味着在5G网络中，用户可以更快地下载和上传大容量的数据，享受更加流畅的高清视瓶、虚拟现实和增强现实体验。
高速数据传输也为各种物联网和智能设备的连接提供了更加稳定和可靠的网络支持。
5G NR的三大关键技术
5G NR 三大关键技术一、Massive MIMO在2010年底，贝尔实验室的Thomas在《无线通信》中提出了5G中的大规模多天线的概念。
在Massive MIMO系统中，通过建立极大数目的信道实现信号的高速传输，并通过大规模天线简化MAC层设计来最终实现信号的低时延传输。
因为这些可实现的优点，Massive MIMO技术被认为是5G中的一项关键可行技术。
Massive MIMO是传统MIMO技术的扩展和延伸，其特征（集中式Massive MIMO）在于以大规模天线阵的方式集中放置数十根甚至数百根以上天线。
Massive MIMO技术可以直接通过增加天线数量来增加系统容量。
基站天线数量远大于其能够同时服务的终端天线数，形成了Massive MIMO无线通信系统，以达到更充分地利用空间维度，提供更高的数据速率，大幅度提升频谱效率的目的。
随着基站天线数的增加，Massive MIMO可以通过终端移动的随机性以及信道衰落的不相关性，利用不同用户间信道的近似正交性降低用户间干扰，实现多用户空分复用。
由于Massive MIMO技术的上述特点，在近年来5G新空口的研究中，Massive MIMO技术是非常重要的关键技术之一。
Massive MIMO的优势1. 相较于传统的MIMO系统，Massive MIMO系统的空间分辨率被极大地提升了。
Massive MIMO技术可以在没有基站分裂的条件下实现空间资源的深度挖掘。
2. 波束赋形技术能够让能量极小的波束集中在一块小型区域，因此干扰能够被极大地减少。
波束赋形技术可以与小区分裂、小区分簇相结合，并与毫米波高频段共同应用于无线短距离传输系统中，将信号强度集中于特定方向和特定用户群，实现信号的可靠高速传输。
3. Massive MIMO技术能够通过不同的维度（空域、时域、频域、极化域）提升频谱利用效率和能量利用效率。
与4G的差异5G新空口Massive MIMO技术的显著特点之一是天线数量远高于LTE系统。
5G移动通信中MassiveMIMO技术的研究
ＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯ是 ５Ｇ的关键技术之一，是实现 ５Ｇ高速率、 大容量接入的关键。ＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯ即大规模多输入多输出系 统，通过相互独立的子载波波束，将用户在空间进行隔离从而 传输不同用户的数据，成倍增加系统的吞吐量。
一、ＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯ技术发展 ＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯ是在 ＭＩＭＯ技术的延伸上发展而来的。在 ＬＴＥ中已经得到了广泛的应用。与 ＬＴＥ中 ＭＩＭＯ的最多 ８根 天线相比较，ＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯ在 ５Ｇ中则支持 １６、３２、６４、１２８甚至 更大规模的天线。 二、弗里斯传输方程对 ＭＩＭＯ技术的作用 根据弗里斯传 输 方 程，通 过 传 输 功 率、天 线 增 益、距 离、波 长与接收功率可以计算出第一个天线到第二个天线的接收功 率。公式如下：
三、ＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯ背景下的波束赋形 波束赋形就是在 ＭＩＭＯ背景下根据不同场景自适应调整 天线阵列方向图的一种天线技术。在 ＬＴＥ中已经有所应用。 传统单天线通信方式在手机和基站之间建立了一条电磁波的 通路，如果不进行物理调节，其天线辐射图是固定的，导致同时 同频可服务的用户数量受限。而应用了波束赋形技术后，基站 侧拥有更多的天线，便可以自适应调节各个天线上发射信号的 相位，使得他们高度相关，在手机接收点形成有多个信号叠加 的波束，从而产 生 更 强 的 信 号 增 益 来 对 抗 损 耗。通 俗 讲，这 个 技术就像生活中发光的小灯泡，它的光是射向四面八方的，所 以它的照亮范围极其有限。但是一旦将灯泡装入手电筒，加入 反光罩，则光源可以射的更远，便可以增加某一个方向照亮的 增益。
. All Rights ReseＰrｒv＝Ｐeｔd(.４ＧπｔＧＲｒ)λ２
其中 Ｐｔ是发射天线功率，Ｐｒ是接收天线功率，Ｇｔ是发射天 线增益，Ｇｒ是接收天线增益，λ是工作波长，Ｒ为收发天线距离。
Massive-MIMO
关键技术
导频污染 信道估计 预编码技术 信号检测
导频污染
理想情况下，TDD系统中上下行各个导频符号之间都是相互正交的，这样对于接收 端接收到的相邻小区的干扰信号都可以利用正交性在解码时消除，然而在实际Massive MIMO系统中，相互正交的导频序列数目取决于信道延迟扩展及信道相干时间，并不能 完全满足天线及用户数量增加带来的导频序列数目需求。用户数量的增加使相邻小区间 不同用户采用非正交的（相同的）导频训练序列，从而导致基站端对信道估计的结果并 非本地用户和基站间的信道， 而是被其他小区用户发送的训练序列所污染的估计，进 而使得基站接收到的上行导频信息被严重污染。
TDD可以利用信道互易性直接利用上行导频估计出信道矩阵，避免了大量的反馈信 息需求。对于TDD系统这种消耗则与用户数量成正比。CSI获取的具体过程如下：
首先，系统中所有的信道状态信息；接着基站使用估测到的信道状态信息检测上行 数据并生成下行传的用户同时发送上行数据信号；随后用户发送导频序列，基站利用这 些导频序列估计小区中用户输的波束赋形矢量。然而，由于多用户Massive MIMO系统 中，基站侧天线数目及系统中用户数目都很多，使得相邻小区的不同用户对应的导频序 列可能不完全正交，从而引入了用户间干扰，及导频污染问题。对于TDD传输模式，导 频污染是限制其性能的重要因素之一，因而受到了国内外专家学者的广泛重视。
在Massive MIMO系统中，系统所需的反馈信息量随着天线数目的增加成正比例增 长，由此引发的系统反馈幵销增加以及反馈信息的准确性及时性降低已经成为FDD双工 模式发展的瓶颈。因此，针对Massive M1MO系统FDD模式，最关键的问题，在于降 低数据传输中反馈占用的资源量。
TDD中CSI的获取
面向5G的Massive MIMO技术应用场景研究
1引言随着移动通信及终端技术的发展，人们对无线网络提出越来越高的要求：更大的数据流量、更多的设备连接、更低的业务时延等，现有的通信技术无法满足上述诉求，第五代移动通信技术（5G）应运而生[1]。
Massive MIMO技术作为5G的一项关键技术，它具有更高的频谱利用率、更大的系统容量、良好的抗多径衰落性能等优点[2]。
MIMO技术在第四代移动通信（4G）中获得了研究与实现，技术实现比较成熟，但在4G移动通信中，MIMO系统的天线数量较少，多为2个或者4个，天线数量限制了4G 通信网络的容量。
5G在4G的基础上，提出了Massive MI-MO的概念，在收发端设置几十个甚至上百个天线。
通过天线数量的增加，Massive MIMO技术可以充分利用天线的空间特性，获得更好的分集增益、复用增益、阵列增益、干扰对消增益等，从而实现覆盖和容量的大幅度提升[3]。
经过多代移动通信技术的发展，当前的无线网络是一个复杂且多种制式并存的混合网络。
大多数场景面临无线环境复杂，建筑物密集，高低分布不均匀，频率资源紧张，用户数量大、流动性高、流量需求大等问题。
这给5G无线基站的规划和建设带来更加严峻的考验。
Massive MIMO技术的提出为解决这一难题提供了有效方法。
基于Massive MIMO技术的设备有多种，不同射频通道数（TR数）的设备在造价、容量、覆盖、业务场景的支持能力等方面存在差异。
实际部署时应结合设备造价、用户价值、终端分布、业务分布等分场景综合考虑，兼顾容量和覆盖面，利用多种设备形态构建分层次网络，打造低成本优质的5G 精品网络。
2Massive MIMO技术Massive MIMO技术作为5G的一项关键技术，在满足5G三大应用场景eMBB、uRLLC和mMTC业务需求中具有至关重要的作用。
Massive MIMO通过在基站端布置几十甚至上百个天线规模的天线阵，利用波束成形（beam forming）技术，构造朝向多个目标客户的不同波束，从而有效减少不同波束之间的干扰，实现了对空间资源的充分挖掘。
5G Massive MIMO对组网和优化的影响分析
5G多天线产品业务信道能力-小区容量
2.6G 8T 下行频谱效率100%
2.6G 64T 下行频谱效率230%
频谱 效率 增益
上行频谱效率100%
上行频谱效率220%
带宽 增益
单载波带宽20MHz
3.5G 64T
下行频谱效率 230%*160%
新特性 保护带开销降低 CRS开销降低 宽带干扰下降 终端4流渗透率提高
• SS-SINR 空闲态/连接态均可用 /CSI-SINR 仅连接态均可用
NR系统广播变化：
• 同步信号+广播=SSB
• 时频域配置灵活：
• 频域：20RB，位置可配 • 时域：发送窗长2ms*，周期可配
• 重复发送：最大8次*
• 空域发送方式：时分波束扫描
*均以3.5GHz系统,SCS=30kHz为例
目标小区 目标小区 目标小区 波束1 波束2 波束3
目标小区 目标小区 目标小区 SSB2 SSB3
4G发送方式
广播
• •
广播，宽带
• •
相关空口过程
5G发送方式
SIB/Paging：波束扫描发送 Msg2：随机接入后获知UE波束，可不扫描
带宽可配 发送方式：波束扫描/波束赋型
基站通过随机接入获知UE接收的SSB 波束
下行数据信道
CRS
RSRP/SINR测量 数据解调
CRS
TM2/3
RSRP/SINR测量 CQI/RI测量 数据解调
CRS DMRS
TM7/8
RSRP/SINR测量 CQI/RI测量 数据解调
CRS CSI-RS DMRS
TM9
RSRP/SINR测量 CQI/RI测量 数据解调
基于5G移动通信系统融合定位的关键技术与系统架构演进
基于5G移动通信系统融合定位的关键技术与系统架构演进随着5G移动通信系统的不断发展，融合定位成为了当前研究和应用的热点之一、融合定位是将不同定位技术相互结合，通过融合计算或合并结果来提高定位精度和可靠性。
本文将重点介绍基于5G移动通信系统的融合定位的关键技术和系统架构演进。
首先，5G移动通信系统的关键技术之一是多天线技术。
5G系统采用了大规模天线阵列（Massive MIMO）技术，通过同时向用户发送多个数据流，实现了较高的频谱效率和更好的信号覆盖。
利用这种多天线技术，可以提供更准确的信号信息，用于定位计算和融合。
其次，融合定位的关键技术之一是多传感器信息融合。
多传感器信息融合是指将来自不同传感器的信息进行融合，提供更准确、可靠的定位结果。
在5G系统中，可以利用多个传感器获取位置信息，如卫星导航系统（如GPS）、蜂窝网络基站、地面测量传感器等。
将这些传感器获取的信息进行融合，可以提供更准确的位置定位。
此外，融合定位的关键技术还包括具备高时空分辨率的地图服务和定位算法优化。
5G系统可以提供高质量的地图数据，以及更高的定位分辨率。
通过将地图数据与定位算法相结合，可以进一步提高定位精度和可靠性。
针对以上关键技术，5G移动通信系统的融合定位系统架构也在不断演进。
传统的融合定位系统架构包括感知层、融合层和应用层。
在5G系统中，可以通过引入边缘计算和云计算等新技术，将融合定位的计算和数据处理任务从中心化的云平台转移到边缘设备上。
这样可以减少网络延迟，提高定位响应时间。
总之，基于5G移动通信系统的融合定位的关键技术和系统架构演进包括多天线技术、多传感器信息融合、位置指纹数据库构建和管理、地图服务和定位算法优化等。
通过不断研究和应用这些关键技术，可以提高5G系统的定位精度和可靠性，为位置服务和应用提供更好的支持。
5GMassiveMIMO的优化思路-5G新技术
5G Massive MIMO的优化思路首先重点介绍了5G Massive MIMO关键技术特征，然后分析了该技术与Pre-5G多天线技术的联系与区别。
进一步给出了不同广播波束和业务波束配置条件下5G NR的覆盖能力与用户速率感知情况。
最后结合原理分析和测试结论，给出了5G Massive MIMO优化的主要思路，并针对后续优化工作面临的挑战提出了一些建议。
1、Massive MIMO的产生背景与影响不断提高空中接口吞吐率，是移动通信无线技术发展的动力和目标。
5G下行峰值速率将达到20 Gbit/s，下行用户体验速率将达到100 Mbit/s,并且需要提供相对于LTE 20倍的小区容量和十分之一的空口时延。
为了解决5G 在峰值速率以及系统容量方面的挑战，需要从各个方面对技术进行增强，而Massive MIMO就是其中的关键技术之一，它使用大规模阵列天线，增强了空间维度的解析能力和使用效率。
与传统的天线相比，Massive MIMO 的优势主要体现在以下3个方面。
a）通信容量提升。
Massive MIMO具备波束空间复用的特性，充分利用空分的维度降低了不同终端之间的信道相关性，增强了多用户MIMO 技术，极大地提升了频谱效率。
下行通过MU-BF（Multi-user beamforming）技术，将多个用户进行并发配对。
和LTE的8T8R相比，理论容量可以提升5~8倍；上行通过MU-MIMO技术，将多个用户进行配对调度，和8T8R相比，理论容量可以提升4~6倍。
b）覆盖能力提升。
5G使用毫米波等高频频段进行部署。
在高频场景下，无线电波衍射能力下降，穿透损耗大大增加，而Massive MIMO能够生成高增益、可调节的赋形波束，从而明显改善信号覆盖。
在5G通信中，广播信道采用窄波束发射，广播波束赋型是5G相对于4G的一个重大改变，通过多个窄波束取代原有的宽波束，可以很好地增强广播信道的覆盖能力。
在同等水平波宽的情况下，8T8R垂直波宽为6.5°，Massive MIMO 可以定制垂直波宽，最大垂直波宽达35°，波宽提升5.3倍，高楼覆盖水平可以提升9~15 dB。
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Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ Ｓ ｅ ｃ ｕ ｒ ｅ Ｃｏ ｍｍ ｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｉ ｎ ５ Ｇ
且从 理论 的角 度说 明 了安全 性能 的提 高 。 关键 词 ： ５ Ｇ； Ｍ ａ ｓ ｓ ｉ ｖ ｅ Ｍ Ｉ Ｍ Ｏ； 方 向调 制 ； 天线子 集选 择 ； 混合 阵
中图分 类号 ： Ｔ Ｐ ３ ０ ９ 文献标 识码 ： Ａ 文 章编 号 ： １ ６ ７ ３ — ６ ２ ９ Ｘ（ ２ ０ １ ７ ） ０ ４ — ０ １ ３ ０ — ０ ５
ｕ ｎ ａ ｂ ｌ ｅ ｔ Ｏ ｍｅ ｅ ｔ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｑ ｕｉ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｏ ｆ ｗｉ ｒ ｅ ｌ ｅ ｓ ｓ ｃ ｏ ｍｍｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｉ ｔ ｏ ｎ ｓ ｅ ｃ ｕ ｒ ｉ ｙ ｔ ｉ ｎ ｆ ｕ ｔ ｕ ｒ ｅ ． Ｈｏ ｗｅ ｖ ｅ ｒ ， ｅｃ ｂ ａ ｕ ｅ ｓ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｉｏ ｔ ｎ ｌ ａ ｍｏ ｄ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｑ ｕ ｅ ｂ ａ ｓ ｄ ｅ
ｉ ｃ ｅ ｓ ｆ ｏ ｒ ５ Ｇ ｍｏ ｂ ｉ ｌ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍｓ ， ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｉ ｓ ｆ ａ ｃ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ａ ｗｉ ｄ ｅ ｒ ｎｇ ａ ｅ ｏ ｆ ｄ ａ ｔ ａ ｔ ｒ ａ ｆ ｉ ｆ ｃ ． Ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｉ ｎ ｇ ｃ ｏ ｍｐ ｕ ｉ ｔ ｎ ｇ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｈｅ ｔ ｃ ｏ ｍｐ ｕ ｔ ｅ ｒ ， ｈｅ ｔ ｒａ ｔ ｄ ｉ ｉ ｔ ｏ ｎ ａ ｌ ｅ ｎ ｃ ｒ ｙｐ ｔ ｉ ｏ ｎ ｎｄ ａ ｄｅ ｃ ｒ ｙ ｐ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｇ ｏ ｉ ｒ ｈ ｍ ｔ ｂ ａ ｓ ｄ ｅ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ｕ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｃ ｏ ｍｐ ｌ ｅ ｘ ｉ ｔ ｙ ｎｄ ａ ｈｅ ｔ ｓ ｅ ｃ ｒ ｅ ｔ ｋ ｅ ｙ ｎ ｅ ｇ ｏ ｉ ｔ ａ ｉ ｔ ｏ ｎ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｓ ｍ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎ
Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｍａ ｓ ｓ ｉ ｖ ｅ Ｍ Ｉ Ｍ ｏ
Ｗ Ｕ Ｍｉ ｎ． Ｗ Ｕ Ｍｅ ｎ ｇ
（ Ｎａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｐ ｏ ｓ ｔ ｓ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｌ ｅ ｃ ｏ ｍ ｍｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ， Ｎａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ ２ １ ０ ０ ０ ３ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
吴 敏， 吴 蒙
（ 南京 邮 电大 学 ， 江苏 南京 ２ １ ０ ０ ０ ３ ）
摘 要： 随着现代 信 息安 全和无 线 通信技 术 的高 速发 展 ， 对 于有 广 泛数 据 业务 量 的 ５ Ｇ移 动通 信 系 统来 说 ， 将 会 有 大量 的
机密 、 敏感 信息 在其 通信 系统 中进行 传输 ， 所 以安 全 问题越 来越 引起 人们 的关 注 ， 提供 安 全传 输 服务 显 得尤 为 重要 。 随着 计算 机不 断增 强 的计 算能 力 ， 传统 的基 于计算 复 杂度 的加 解密 算法 和密 钥协 商机 制 已经不 能 满 足人 们 对于 未来 无 线 通信 安全 性 的要求 ， 而基 于信 号调 制 的方 向调制 技术 因其 无需 考 虑窃 听 者 的计 算 能 力 ， 通 过扰 乱 非 期望 方 向上 的信 号 星 座 图 来实 现安 全传 输 的 目的 ， 成为了５ Ｇ系 统 的重要 研究 点 。在简 单介 绍 了波 束 赋形 的原 理 及其 不 足 的基 础 上 引 出方 向 调 制 技术 ， 并 着重 阐述 了在大 规模 天线 阵 的前提 下 ， 基 于 天线 子集 选择 和混合 阵 的方 向调 制 技术 实 现安 全 传输 目标 的方 法 ， 并
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｗｉ ｔ ｈ ｈｅ ｔ ｒ ａ ｐ ｉ ｄ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｍｏ ｄ ｅ ｍ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｅ ｃ ｕ ｒ ｉ ｔ ｙ ａ ｎ ｄ ｗｉ ｍｌ ｅ ｓ ｓ ｃ ｏ ｍｍｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ， ｍＯ ｌ ｔ ｎｄ ａ ｍｏ ｌ ｐ ｅ ｏ ｐ ｌ ｅ ｈ ａ ｖ ｅ ｐ ａ ｉ ｄ ａ ｔ ｔ ｅ ｎ ｉ ｔ ｏ ｎ ｔ Ｏ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｃ ｕ ｉｔ ｒ ｙ ｏ ｆ ｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｉ ｖ ｅ ｉ ｎ ｆ ｏ ｍ ａ ｒ ｉｏ ｔ ｎ ｉ ｎ ｈｅ ｔ ｔ ｒ ｎｓ ａ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ． Ｉ ｔ ｉ ｓ ｐ ｒｔ ａ ｉ ｃ ｕ ｌ ａ ｒ ｌ ｙ ｉ ｍｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｎ ｔ ｔ Ｏ ｆ ｃｕ ｏ ｓ ｏ ｎ ｅｃ ｓ ｕ ｒ ｅ ｓ ｅ ｒ ｖ —
第２ ７卷 第 ４期 ２ ０ １ ７年 ４月
计 算 机 技 术 与 发 展
Ｃ０ＭＰ ＵBiblioteka ＥＲ ＴＥＣ ＨＮ０Ｌ ＯＧＹ ＡＮＤ ＤＥＶＥＬ ＯＰ ＭＥＮＴ
Ｖ０ １ ． ２７ ＮＯ． ４ Ａｐ ｒ ． ２０１ ７
基 于 Ｍａ ｓ ｓ ｉ ｖ ｅ ＭＩ ＭＯ 的 ５ Ｇ 安 全 通 信 技 术 研 究