5G无线通信网络中英文对照外文翻译文献

5G无线通信网络中英文对照外文翻译文献(文档含英文原文和中文翻译)

翻译：

5G无线通信网络的蜂窝结构和关键技术

摘要

第四代无线通信系统已经或者即将在许多国家部署。然而，随着无线移动设备和服务的激增，仍然有一些挑战尤其是4G所不能容纳的，例如像频谱危机和高能量消耗。无线系统设计师们面临着满足新型无线应用对高数据速率和机动性要求的持续性增长的需求，因此他们已经开始研究被期望于2020年后就能部署的第五代无线系统。在这篇文章里面，我们提出一个有内门和外门情景之分的潜在的蜂窝结构，并且讨论了多种可行性关于5G无线通信系统的技术，比如大量的MIMO技术，节能通信，认知的广播网络和可见光通信。面临潜在技术的未知挑战也被讨论了。

介绍

信息通信技术（ICT）创新合理的使用对世界经济的提高变得越来越重要。无线通信网络在全球ICT战略中也许是最挑剔的元素，并且支撑着很多其他的行业，它是世界上成长最快最有活力的行业之一。欧洲移动天文台（EMO）报道2010年移动通信业总计税收1740亿欧元,从而超过了航空航天业和制药业。无线技术的发展大大提高了人们在商业运作和社交功能方面通信和生活的能力无线移动通信的显著成就表现在技术创新的快速步伐。从1991年二代移动通信系统(2G)的初次登场到2001年三代系统（3G）的首次起飞，无线移动网络已经实现了从一个纯粹的技术系统到一个能承载大量多媒体内容网络的转变。4G无线系统被设计出来用来满足IMT-A技术使用IP面向所有服务的需求。在4G系统中，先进的无线接口被用于正交频分复用技术（OFDM），多输入多输出系统（MIMO）和链路自适应技术。4G无线网络可支持数据速率可达1Gb/s的低流度，比如流动局域无线访问，还有速率高达100M/s的高流速，例如像移动访问。LTE系统和它的延伸系统LTE-A，作为实用的4G系统已经在全球于最近期或不久的将来部署。

然而，每年仍然有戏剧性增长数量的用户支持移动宽频带系统。越来越多的

人渴望更快的网络访问速度，时髦的手机，总的来说就是更快地与他人通信或信息访问。如今更多功能强大小巧的手机和便捷电脑可以满足先进的多媒体功能变得越来越受欢迎。这就造成了无线移动设备和服务的激增。EMO指出自从2006年起，移动宽频每年有92%的增长。无线世界研究论坛（WWRF）预言到2017年会有七万亿的无线设备来服务七十亿的人口；也就是说无线网络连接设备的数量将会是世界人口数量的1000倍。随着越来越多的设备无线化许多研究难题需要被解决。

最重要的难题之一就是蜂窝通信中射频光谱分配的物质缺乏。蜂窝频率把极高频带用于蜂窝手机，一般来讲范围可从几百兆赫兹到几千兆赫兹。这些频谱被严重的使用以至于对操作员更多的获取造成困难。另一个难题就是先进无线技术的部署面临高能量消耗的费用。无线通信系统中高能消耗的增长间接造成了二氧化碳排放量的增长，后者被视为当前生态环境的主要威胁。此外，据手机运营商反映基站的能源消耗贡献了超过70%的电力账单。事实上，节能通信并不是4G 无线系统中的最初需求之一，但是它在之后的舞台上被作为问题所提及。其他的难题，例如平均频谱效率、高传输率和高迁移率、无缝覆盖、多样化的服务质量请求以及分散的用户体验（不同无线设备/接口的不兼容和异构网络），仅仅提及一点点。

以上所有问题正给手机服务提供商带来更多压力，他们正面临着有更高传输率、更大的网络容量、更高的频谱效率、更高的能源利用率和更高的利用率规定的新型无线应用的持续增长需求。另一方面，在当前的技术条件下，4G网络在传输率方面几乎已经达到了理论上的限制，因此并不能充分的解决以上难题。从这层意义上来说，我们需要开创性的无线技术来解决以上由数万亿无线设备造成的问题，并且研究员们已经着手研究超4G（B4G）或者5G无线技术。中英科学桥工程：B4G无线移动通信(chinab4g. /)可能是世界上着手B4G 研究的首批项目之一，其中的一些潜在的B4G技术已经被确定了。欧洲和中国也已经开始了一些5G项目，比如由欧盟支持的METIS 2020(https://www.metis2020. com/)和由中国科学院支持的在5G方面的国家863重点工程。诺基亚西门子通信公司描述通过对比2010年的通信水准今后十年潜在的无线接入技术可以被进一步开发用来支持多大超过一千倍的通信量。三星公

司展示了一个运用微波技术使传输率在两千米的范围内超过1Gb/s的无线系统。

5G网络，预期大约在2020年被标准化，究竟是什么呢？由于现在太早以至于不能确切地定义。广泛的认同是与4G网络相比，5G网络应该达到1000倍的系统容量，10倍的频谱利用率、能源利用率和传输率（低流动性下最高传输率为10Gb/s，高流动性下最高传输率为1Gb/s）还有25倍平均系统吞吐量。5G网络的目标在于连接整个世界以及实现任何人之间（人与人），任何事物之间（人与机器，机器与机器）的无缝的、无处不在的通信，无论他们在哪，无论他们什么时候需要，也无论他们用什么电子设备/服务/网络。这就意味着5G网络应该能够支持一些4G网络所不能支持的特殊情况（例如乘坐高铁的用户）。高铁车速可轻松达到350到500km/h，然后4G网络所能支持通信的情况是250km/h。本篇文章中，我们提出了一个潜在的5G蜂窝结构并且讨论有希望的技术用来部署以便满足5G的需求。

这篇文章剩下的安排如下。我们提出了一个潜在的5G蜂窝结构。我们描述一些可行性的关键技术可以被5G系统采用。未来的挑战是显著的，最终我们会得出结论。

潜在的5G无线蜂窝结构

为了解决以上难题并且满足5G系统的需求，我们需要在蜂窝结构的设计上做个戏剧性的改变。我们知道无线用户80%的时间都是待在户内，待在户外的仅仅约有20%。当前常见的蜂窝结构通常是为移动用户在蜂窝通信中间建立一个露天基站，这样就不用管他们实在户内还是户外。对于户内用户与户外基站间的通信，信号不得不穿过建筑墙，造成很高的穿透损耗，从而显著损伤无线传输的传输速率、频谱利用率、能源利用率。

设计5G蜂窝结构的中心思想就是分开户内和户外的情况这样穿透损耗经过建筑墙后可以在某种意义上来说避免掉。这些将会由分布式天线系统（DAS）和大量的MIMO技术来实现,即在地面上部署由几十个或几百个天线单组成的分布式天线阵。然而目前最主流的MIMO系统使用两个或四个天线，大量使用MIMO 系统的目的是为了开发尽可能大的容量效益以提升更大的天线阵。户外基站将会装备由一些天线单元（也有大阵列天线）组成的大阵列天线，这些大阵列天线分布在覆盖区周围，通过光纤连接基站，从而从DAS和大量的MIMO技术中都能