第五代移动通信
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第七章 第五代移动通信
课程内容
5G概述 5G峰值速率 5G关键技术
5G需求
5G 应用分为三大类场景：增强移动宽带（eMBB）、海量 机器类通信（mMTC）和超可靠低时延通信（eMTC）。
eMBB 场景是指在现有移动宽带业务场景的基础上，对于
用户体验等性能的进一步提升，主要还是追求人与人之间 极致的通信体验。 mMTC 和 eMTC 都是物联网的应用场景，但各自侧重点不 同。mMTC 主要是人与物之间的信息交互，而 eMTC 主要
21
物联网增强:针对物联网增强的D2D通信的典型场景之一
是车联网中的V2V（Vehicle-to-Vehicle）通信。 高速行车时，车辆的变道、减速等操作动作，可通过
D2D通信的方式发出预警，车辆周围的其他车辆基于接收 到的预警对驾驶员提出警示，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
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。
8
增加带宽是关键
5G最显著的特点是高速，按规划速率会高达10～50Gbps ，人均月流量大约有36TB。如此高的速率该靠什么资源 来支撑呢？必须要靠更大的带宽！
而手机通信使用的是无线信道，那它的带宽是如何增加
的呢？核心方法就是采用更高的频段。
根据国际电信联盟的专家预测，将来有可能使用 30GHz~60GHz的频段，俄罗斯专家甚至提出了80GHz的 方案。
9
5G时代若想更高速，就得使用更大的带宽，而要取得 更大的带宽，就得使用更高的频段。4G之前使用是特 高频段，5G就得往超高频甚至更高的频段发展了。
10
关键技术2：毫米波技术
电波传播的特性：频率越高（即波长越短）的电磁波， 就越倾向于直线传播，当高到红外线和可见光以上时， 就一点也不打弯了，这是个渐进的过程。
毫米波一般不用于移动通信领域，原因就是它的频率都
快接近红外线了，信道太“直”，移动起来不容易对准
。好比拿着激光笔指远处墙壁上的图钉，是一件很困难 的事。
是地暖，发热均匀更加舒适。
微基站数量大幅度增加后，传统的铁塔和楼顶架设方式 将会扩展，路灯杆、广告灯箱、楼宇内部的天花板，都 会是微基站架设的理想地点。
14
关键技术4：高阶MIMO
高阶MIMO的意思是指基站与手机之间有很多对的信道 并行通信，每一对天线都独立传送一路信息，经汇集后 可成倍提高速率
间，降低交通事故发生率。
22
万物互联的5G网络中，由于存在大量的物联网通信终端，
网络的接入负荷成为严峻问题之一。基于D2D的网络接入 有望解决这个问题。比如在巨量终端场景中，大量存在的 低成本终端不是直接接入基站，而是通过D2D方式接入邻 近的特殊终端，通过该特殊终端建立与蜂窝网络的连接。
23
其他技术
11
未来5G的频率会高得多，绕射能力会下降，信号只能傻 楞楞地直着走，以往信号能到达的犄角旮旯就到不了了， 那该怎么办呢？这就引出了更一项技术—微基站技术。
12
关键技术3：微基站技术
将传统的宏基站变成站点更多密度更大的微基站，是解 决毫米波“直线问题”的有效方法。
5G时代的入网设备数量会呈爆炸性的增长，单位面积内 的入网设备可能会增至千倍，若延续以往的宏基站覆盖
20
D2D潜在应用场景 本地业务:本地数据传输利用D2D的邻近特性及数据直通 特性，在节省频谱资源的同时扩展移动通信应用场景， 为运营商带来新的业务增长点。
应急通信:通信网络基础设施被破坏，终端之间仍然能够
基于D2D连接建立无线通信网络，即基于多跳D2D组建 Ad Hoc网络，保证终端之间无线通信的畅通
模式，即使基站的带宽再大也无力支撑。
13
关键技术3：微基站技术
基站微型化则设布设密度会加大。为避免基站之间的频 谱互扰，基站的辐射功率谱就会降低，同时手机的辐射 功率也会降低。这有两个好外，一是功耗小了待机时间 会增加，二是对人体的辐射会降低。传统基站好比是房
屋中间的火炉子，近处烫远处冷，而5G的微基站就好比
）商用产品实验室测试，将有助于促进蜂窝物联网产品的
快速成熟，推动中国物联网发展。
4
课程内容
5G概述 5G与4G的对比 5G关键技术
6
课程内容
5G概述 5G峰值速率 5G关键技术
关键技术1：高频段传输
高频段传输的缺点：传输距离短、穿透和绕射能力差、 容易受气候环境影响等。
移动通信传统工作频段主要集中在3GHz以下，这使得频
自适应帧结构 灵活多址 灵活双工 灵活波形
灵活频谱使用
新型调制编码 新型调制编码：华为等中国企业主推的极化码（Polar Code）打 败美国主推的LDPC码（低密度奇偶校验码）和法国主推的Turbo 码，成为5G eMBB场景在短码上的控制信道编码方案。
24
17
关键技术4：波束赋形技术
由全向的信号覆盖变为了精准指向性服务，这种新形式 的无线电波束就不会干扰到其它方向的波束，从而可以 在相同的空间中提供更多的通信链路。这种充分利用空
间的无线电波束技术是一种空间复用技术，可以极大地
提高基站的服务容量。
18
关键技术2：波束赋形技术
波束赋形技术不仅能大幅度增加容量，还可大幅度提高基 站定位精度。当前的手机基站定位的精度很粗劣，这是源 于基站全向辐射的模式。当波束赋型技术成功应用后，基
15
根据天线理论，天线长度应与波长成正比，大约在
1/10~1/4之间，当前手机使用的是甚高频段（即分米波）， 天线长线大约在几厘米左右，通常安装在手机壳内的上部。 5G 时代的手机频率在提升几十倍后，相应的手线天线长 度也会降低到以前的几十分之一，会变成毫米级的微型天线，
手机里就可以布设很多个天线，乃至形成多天线阵列。
16
关键技术4：波束赋形技术
基站与手机的关系就是灯泡模式，不管手机在哪个方位，都会把针对这部手 机的信号进行全向的辐射，当然绝大多数非正对方向的能量都是浪费掉了， 而且还成为了其它手机的干扰。 能不能把灯泡模式改成有指向性的手电筒模式呢？即把上图左面的全向辐射 样式改成右面的这种窄波瓣样式，从而提高能量的使用效率？这就是波束赋 形技术。
站对手机的辐射波瓣是很窄的，这就知道了手机相对于基
站的方向角，再加上通过接收功率大小推导出手机与基站 的距离，就可以实现手机的精准定位了，并因此而扩展出 非常多的定位增值服务。
19
关键技术5： D2D
基于蜂窝网络的D2D通信Байду номын сангаас或称为邻近服务
（Proximity Service，ProSe），是指用户数据可不 经网络中转而直接在终端之间传输。
体现物与物之间的通信需求。
为了满足 eMTC 场景需求，拓展车联网、工业控制等场
景，一方面可以基于现有 LTE-A 系统，进一步扩展和增强 D2D 特性、群组通信特性等支持更多行业的扩展，另外可 以在后向兼容的基础上设计新子帧结构和传输过程，缩短 端到端时延，提升用户体验。 2016年10月，中国移动联合多家知名厂商进行了基于3GPP 标准的窄带物联网（NB－IoT）和增强机器类通信（eMTC
课程内容
5G概述 5G峰值速率 5G关键技术
5G需求
5G 应用分为三大类场景：增强移动宽带（eMBB）、海量 机器类通信（mMTC）和超可靠低时延通信（eMTC）。
eMBB 场景是指在现有移动宽带业务场景的基础上，对于
用户体验等性能的进一步提升，主要还是追求人与人之间 极致的通信体验。 mMTC 和 eMTC 都是物联网的应用场景，但各自侧重点不 同。mMTC 主要是人与物之间的信息交互，而 eMTC 主要
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物联网增强:针对物联网增强的D2D通信的典型场景之一
是车联网中的V2V（Vehicle-to-Vehicle）通信。 高速行车时，车辆的变道、减速等操作动作，可通过
D2D通信的方式发出预警，车辆周围的其他车辆基于接收 到的预警对驾驶员提出警示，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
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。
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增加带宽是关键
5G最显著的特点是高速，按规划速率会高达10～50Gbps ，人均月流量大约有36TB。如此高的速率该靠什么资源 来支撑呢？必须要靠更大的带宽！
而手机通信使用的是无线信道，那它的带宽是如何增加
的呢？核心方法就是采用更高的频段。
根据国际电信联盟的专家预测，将来有可能使用 30GHz~60GHz的频段，俄罗斯专家甚至提出了80GHz的 方案。
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5G时代若想更高速，就得使用更大的带宽，而要取得 更大的带宽，就得使用更高的频段。4G之前使用是特 高频段，5G就得往超高频甚至更高的频段发展了。
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关键技术2：毫米波技术
电波传播的特性：频率越高（即波长越短）的电磁波， 就越倾向于直线传播，当高到红外线和可见光以上时， 就一点也不打弯了，这是个渐进的过程。
毫米波一般不用于移动通信领域，原因就是它的频率都
快接近红外线了，信道太“直”，移动起来不容易对准
。好比拿着激光笔指远处墙壁上的图钉，是一件很困难 的事。
是地暖，发热均匀更加舒适。
微基站数量大幅度增加后，传统的铁塔和楼顶架设方式 将会扩展，路灯杆、广告灯箱、楼宇内部的天花板，都 会是微基站架设的理想地点。
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关键技术4：高阶MIMO
高阶MIMO的意思是指基站与手机之间有很多对的信道 并行通信，每一对天线都独立传送一路信息，经汇集后 可成倍提高速率
间，降低交通事故发生率。
22
万物互联的5G网络中，由于存在大量的物联网通信终端，
网络的接入负荷成为严峻问题之一。基于D2D的网络接入 有望解决这个问题。比如在巨量终端场景中，大量存在的 低成本终端不是直接接入基站，而是通过D2D方式接入邻 近的特殊终端，通过该特殊终端建立与蜂窝网络的连接。
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其他技术
11
未来5G的频率会高得多，绕射能力会下降，信号只能傻 楞楞地直着走，以往信号能到达的犄角旮旯就到不了了， 那该怎么办呢？这就引出了更一项技术—微基站技术。
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关键技术3：微基站技术
将传统的宏基站变成站点更多密度更大的微基站，是解 决毫米波“直线问题”的有效方法。
5G时代的入网设备数量会呈爆炸性的增长，单位面积内 的入网设备可能会增至千倍，若延续以往的宏基站覆盖
20
D2D潜在应用场景 本地业务:本地数据传输利用D2D的邻近特性及数据直通 特性，在节省频谱资源的同时扩展移动通信应用场景， 为运营商带来新的业务增长点。
应急通信:通信网络基础设施被破坏，终端之间仍然能够
基于D2D连接建立无线通信网络，即基于多跳D2D组建 Ad Hoc网络，保证终端之间无线通信的畅通
模式，即使基站的带宽再大也无力支撑。
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关键技术3：微基站技术
基站微型化则设布设密度会加大。为避免基站之间的频 谱互扰，基站的辐射功率谱就会降低，同时手机的辐射 功率也会降低。这有两个好外，一是功耗小了待机时间 会增加，二是对人体的辐射会降低。传统基站好比是房
屋中间的火炉子，近处烫远处冷，而5G的微基站就好比
）商用产品实验室测试，将有助于促进蜂窝物联网产品的
快速成熟，推动中国物联网发展。
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课程内容
5G概述 5G与4G的对比 5G关键技术
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课程内容
5G概述 5G峰值速率 5G关键技术
关键技术1：高频段传输
高频段传输的缺点：传输距离短、穿透和绕射能力差、 容易受气候环境影响等。
移动通信传统工作频段主要集中在3GHz以下，这使得频
自适应帧结构 灵活多址 灵活双工 灵活波形
灵活频谱使用
新型调制编码 新型调制编码：华为等中国企业主推的极化码（Polar Code）打 败美国主推的LDPC码（低密度奇偶校验码）和法国主推的Turbo 码，成为5G eMBB场景在短码上的控制信道编码方案。
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关键技术4：波束赋形技术
由全向的信号覆盖变为了精准指向性服务，这种新形式 的无线电波束就不会干扰到其它方向的波束，从而可以 在相同的空间中提供更多的通信链路。这种充分利用空
间的无线电波束技术是一种空间复用技术，可以极大地
提高基站的服务容量。
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关键技术2：波束赋形技术
波束赋形技术不仅能大幅度增加容量，还可大幅度提高基 站定位精度。当前的手机基站定位的精度很粗劣，这是源 于基站全向辐射的模式。当波束赋型技术成功应用后，基
15
根据天线理论，天线长度应与波长成正比，大约在
1/10~1/4之间，当前手机使用的是甚高频段（即分米波）， 天线长线大约在几厘米左右，通常安装在手机壳内的上部。 5G 时代的手机频率在提升几十倍后，相应的手线天线长 度也会降低到以前的几十分之一，会变成毫米级的微型天线，
手机里就可以布设很多个天线，乃至形成多天线阵列。
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关键技术4：波束赋形技术
基站与手机的关系就是灯泡模式，不管手机在哪个方位，都会把针对这部手 机的信号进行全向的辐射，当然绝大多数非正对方向的能量都是浪费掉了， 而且还成为了其它手机的干扰。 能不能把灯泡模式改成有指向性的手电筒模式呢？即把上图左面的全向辐射 样式改成右面的这种窄波瓣样式，从而提高能量的使用效率？这就是波束赋 形技术。
站对手机的辐射波瓣是很窄的，这就知道了手机相对于基
站的方向角，再加上通过接收功率大小推导出手机与基站 的距离，就可以实现手机的精准定位了，并因此而扩展出 非常多的定位增值服务。
19
关键技术5： D2D
基于蜂窝网络的D2D通信Байду номын сангаас或称为邻近服务
（Proximity Service，ProSe），是指用户数据可不 经网络中转而直接在终端之间传输。
体现物与物之间的通信需求。
为了满足 eMTC 场景需求，拓展车联网、工业控制等场
景，一方面可以基于现有 LTE-A 系统，进一步扩展和增强 D2D 特性、群组通信特性等支持更多行业的扩展，另外可 以在后向兼容的基础上设计新子帧结构和传输过程，缩短 端到端时延，提升用户体验。 2016年10月，中国移动联合多家知名厂商进行了基于3GPP 标准的窄带物联网（NB－IoT）和增强机器类通信（eMTC