5G面临的主要挑战

伍爽　韩哲鑫

摘 要 5G要满足超高数据速率，超低延迟，全覆盖，低功耗等特性，这些特性使得5G的发展面临着很多问题需要去解决。本文给出5G在设计过程中可能面临的主要问题和挑战。5G要满足超高数据速率，超低延迟，全覆盖，低功耗等特性，这些特性使得5G的发展面临着很多问题需要去解决。本文给出5G在设计过程中可能面临的主要问题和挑战主要包括：毫米波、信道模型、基站的传输、天线阵列设计、波束赋形和训练、大规模MIMO、新型复用方式、非正交、网络密度、后向兼容性、C-RAN和H-CRAN、低时延和QoE、能量效率、5G应用、标准化。

关键词 5G 挑战 问题

中图分类号：TP14 文献标识码：A

1毫米波频谱特性

5G预计采用毫米波频段（30-300GHz）。

毫米波相对于现在有的授权频段来说并不利于无线通信.但是毫米波下大量的未授权的频段能够满足快速增长的带宽需求，相当于为快速增长的带宽需求提供了一种长期的解决方案。因此，毫米波使用面临的挑战是分析毫米波的物理学特性，包括大气吸收、散射、衍射、折射、反射、多径效应、多普勒效应等。

2传统信道模型不可用

5G毫米波移动通信的发展需要我们对无线电信道具有一定程度的了解。目前，很多学者和研究人员正在研究室内、户外以及固定毫米波通信。然而，对于毫米波在户外环境下的路径损耗、角度扩展、延迟扩展、NLOS环境的影响、波束成形等问题还有待于进一步去研究。信道模型的深入研究可以为新的空口技术和多址接入技术的研究奠定基础。

3特定站点的传输特性

毫米波的传输很大程度上依赖于发送发和接收方所处的位置。因此，小区特殊站点的设计对5G网络的部署至关重要。在传统蜂窝系统中对于这个问题的研究还相对较少，因此需要进一步的研究。

4天线阵列的设计

毫米波的波长较小，允许在有限的物理空间放置多达数百个天线。大规模天线阵列有助于形成方向性的波束。因此，定向的窄波束通信是目前的研究热点，它颠覆了传统小区的概念。目前关于这点的研究主要集中在通过对BS和移动设备的天线阵列和架构设计来形成方向性的波束。

5波速赋形和波束训练

方向性波束的形成主要是通过调节天线阵列的权重因子来实现。通过实时基带模型、毫米波射频电路和相关的软件设计来实现方向性波束是值得研究的方向。适当的波束选择对于确保波束对准是有必要的。因此设计和研究波束训练方法也是目前需要解决的问题。再者隐藏终端问题、相邻基站检测问题对于方向性传输来说仍然存在，这些问题的综合考虑也是目前的研究热点。

6大规模MIMO

大规模MIMO系统的实现是一个相当具有挑战性的任务。在大规模MIMO系统下，基站的架构同传统基站完全不同，它需要布置很多个由低功耗放大器驱动的微型天线。采用有效的大規模MIMO算法来实现5G通信代表了未来通信的一个重大突破。再者，对于大规模MIMO系统来说理论研究、仿真、实验测试都是非常重要的。

7非正交技术

异构连接、密集部署和一些新应用（M2M，IoT，IoV等）的兴起将会对未来移动场景下的同步和正交带来严重的挑战。研究非正交和异步系统能够有效的满足未来5G网络的低时延要求。

8密集网络

异构网络是5G网络的基本特征，因此基站密度是非常大的。快速干扰协调和消除，SDN，认知无线电网络，自组织网络能够实现密集网络的管理。尽管这些都是5G通信重要的候选技术，但是在5G场景下怎么应用还需要进一步去研究。

9后向兼容性

对于5G整体的架构需求已经有很多研究了，随着LTE的大规模部署，对5G架构的后向兼容性显得尤为重要。除了对5G独立系统的研究，研究者还需关注怎么实现5G网络同传统的4G/3G网络进行融合。

10 C-RAN和H-CRAN

C-RAN为5G网络的密集部署提供了低成本效率和高能量效率的解决方案。然而，目前关于C-RAN对5G的贡献的研究还比较少。再者许多研究者正在关注异构网络同C-RAN的结合，它被称为H-CRAN。融合C-RAN和H-CRAN的优势来实现5G网络的设计是一件非常具有挑战性的任务。

11能量效率

成本开销和能量效率是5G系统设计需要考虑的两个重要因素。基站的密度、带宽的增加、传输功率消耗也是5G设计过程中需要考虑的问题。尽管已经有很多关于能量效率的研究了，但是对于新的5G系统来说仍然还有巨大的提升空间.C-RAN和相关的能效技术有助于系统性能的提升。研究5G下的能量感知实现能够有效的降低能耗。绿色基站和可再生能源的结合应该可以有效的实现能耗的降低，但是两者的结合还需要进一步论证和研究。

参考文献

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