5G無線通信關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)概述1.1網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)是將根據(jù)SDN/NFV技術(shù)實現(xiàn)將一個將物理網(wǎng)絡(luò)切割成很多個點到點的邏輯網(wǎng)絡(luò)。在每一個切割后的邏輯網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備都是相對獨立存在，其中任何一個邏輯網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生問題都不會影響其它的邏輯網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)各種業(yè)務(wù)的不同的QoS需求，存在著與其相對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)切片，以此實現(xiàn)5G的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)切片架構(gòu)如圖2-1所示，其關(guān)鍵特征為虛擬化、控制面與用戶面分離（CU分離）、可編排、功能模塊化、隔離方便等。5G切片包括了接入網(wǎng)、傳輸網(wǎng)和核心網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。接入網(wǎng)子切片是5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的主要組成部分，其根據(jù)切片管理子系統(tǒng)對于不同業(yè)務(wù)的不同需要，聯(lián)系無線資源配置等參數(shù)來選擇合適的網(wǎng)絡(luò)切片。核心網(wǎng)子切片是利用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)結(jié)構(gòu)、軟件定義網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)來滿足不同5G場景下的不同網(wǎng)絡(luò)切片需求，保證了核心網(wǎng)子切片的靈活組網(wǎng)。傳輸網(wǎng)子切片是利用網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化等關(guān)鍵技術(shù)將管理與控制隔離開來。網(wǎng)絡(luò)切片管理子系統(tǒng)依賴不同子網(wǎng)的業(yè)務(wù)需要，將各個業(yè)務(wù)需求分解至各個子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)需求，實現(xiàn)業(yè)務(wù)調(diào)度的統(tǒng)一管理。網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)提高了切片之間的資源利用率和共享率，保證了網(wǎng)絡(luò)間的安全性。圖2-1切片概念架構(gòu)1.2多天線傳輸MIMO1.1.1MIMO實現(xiàn)原理MIMO是指在發(fā)射端和接收端各自部署多根天線的技術(shù)。研究表明，只有確保各個天線之間的單元間距達(dá)到一定的距離，才可以使接收端和發(fā)射端之間的信道相對獨立。MIMO技術(shù)正是利用無線信道的多徑傳播特性實現(xiàn)了多個數(shù)據(jù)信號在同一頻帶上傳輸。如圖2-2所示，豐富的散射環(huán)境提供了空間多樣性和豐富的多徑分量，接收端和發(fā)射端分別利用多根天線接收和發(fā)射信號。圖2-2MIMO系統(tǒng)框圖MIMO技術(shù)主要通過空間復(fù)用和空間分集提升系統(tǒng)性能。（1）空間復(fù)用圖2-3空間復(fù)用原理圖MIMO技術(shù)主要通過空間復(fù)用來提升系統(tǒng)容量。如圖2-3所示，MIMO技術(shù)將空間劃分為多個獨立的MIMO子信道，在同一頻帶傳輸多個信號，從而提升了頻譜利用率。所以MIMO技術(shù)可以在系統(tǒng)總發(fā)射功率和帶寬不變的前提下增加對頻譜的利用程度以及提高系統(tǒng)的容納量。（2）空間分集圖2-4空間分集的原理圖無線信道的各種衰落：頻率選擇性衰落、路徑損耗衰落、慢衰落以及快衰落等，導(dǎo)致無線信號在接收端可能具有較低的信噪比，進(jìn)而影響信號的正確解調(diào)。如圖2-4所示，通過空間分集技術(shù)，在多個獨立的MIMO子信道同時傳輸同一個信號。因為每個子信道的傳輸特性不盡相同，所以信號會經(jīng)歷不同的衰落。而接收端將通過不同子信道傳輸?shù)耐粋€信號進(jìn)行比較，就可以正確地恢復(fù)出發(fā)射信號。顯然，空間分集可以增強通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性是通過降低信道的誤信率來實現(xiàn)。1.1.2MIMO系統(tǒng)模型MIMO系統(tǒng)由單輸入單輸出(Single-InputSingle-Output,SISO)系統(tǒng)發(fā)展而來。如圖2-5所示，SISO系統(tǒng)在發(fā)射端和接收端均僅有1根天線。圖2-5SISO系統(tǒng)模型由于無線信道的衰落特性，SISO系統(tǒng)具有抗干擾性弱和信道容量低的缺點。緊隨其后出現(xiàn)了單輸入多輸出(SIMO)和多輸入單輸出(MISO)系統(tǒng)，最終MIMO系統(tǒng)憑借其優(yōu)秀的性能被廣泛使用。圖2-6給出了MIMO系統(tǒng)模型。圖2-6MIMO系統(tǒng)模型綜上所述，多天線傳輸MIMO技術(shù)對于5G通信技術(shù)至關(guān)重要。1.3D2D技術(shù)1.3.1D2D通信系統(tǒng)模型1、同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)同構(gòu)移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)：一個蜂窩小區(qū)內(nèi)中只有一個基站，每個小區(qū)的組織結(jié)構(gòu)與通信模型基本一致，一個小區(qū)內(nèi)的D2D通信可以直接拓展成為單蜂窩條件下的D2D通信。同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)模型如圖2-7所示。圖2-7同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)模型異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，小區(qū)內(nèi)包括宏基站、微微基站和若干微基站等基站。其中微基站是安放在宏小區(qū)的邊緣來提高用戶的系統(tǒng)可靠性和吞吐量。異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)模型如圖2-8所示。圖2-8異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)模型第五代（5G）網(wǎng)絡(luò)將采用具有異構(gòu)設(shè)備的智能環(huán)境，這些異構(gòu)設(shè)備具有不同的QoS要求。同時一些設(shè)備對數(shù)據(jù)的要求很高。例如，高清視頻應(yīng)用程序和在線游戲服務(wù)旨在通過有限的可用無線電頻譜資源來最大化其數(shù)據(jù)速率，而其他服務(wù)則專注于使功耗最小化。功率控制在干擾管理和滿足不同用戶的數(shù)據(jù)速率需求中起著至關(guān)重要的作用。諸如D2D蜂窩網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)環(huán)境中，必須有效地協(xié)調(diào)功率控制和無線電資源分配，以實現(xiàn)令人滿意的體驗質(zhì)量（QoE）。1.3.2D2D關(guān)鍵技術(shù)1、模式切換D2D通信中，D2D通信模式包括了復(fù)用和專用模式。復(fù)用模式是大多D2D通信技術(shù)所選擇的研究模式，是由于復(fù)用模式的頻譜的利用程度高于專用模式。2、資源分配資源分配是通過恰當(dāng)?shù)乃惴▉頌橛脩舴峙浜线m的頻譜資源。通過資源分配可以系統(tǒng)的吞吐量，提高資源的利用率。D2D通信中資源的復(fù)用方式分三種。如表2-1所示。表2-1D2D復(fù)用方式一對多一個D2D用戶復(fù)用一個移動用戶的頻譜資源，一個移動用戶的頻譜資源可以被多對D2D用戶復(fù)用。多對多多個D2D用戶復(fù)用一個移動用戶的頻譜資源，一對D2D用戶復(fù)用多個移動用戶的頻譜資源。一對一一個D2D用戶復(fù)用一組移動用戶的頻譜資源，一組移動用戶的頻譜資源只能被一個D2D用戶復(fù)用3、功率控制和干擾協(xié)調(diào)相較于P2P(Peer-to-peer）技術(shù)，干擾協(xié)調(diào)是D2D技術(shù)的主要優(yōu)勢之一。干擾協(xié)調(diào)的是作用是通過減少通信鏈路之間的干擾，來提高系統(tǒng)可靠性和用戶通信質(zhì)量。功率控制則是降低同信道干擾產(chǎn)生的影響，二者在D2D技術(shù)中共同發(fā)揮其自己的作用來減小系統(tǒng)的干擾。1.4邊緣計算邊緣計算MEC：通過結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)和移動網(wǎng)絡(luò)兩者的技術(shù)，將存儲能力、計算能力、業(yè)務(wù)服務(wù)等功能移動到網(wǎng)絡(luò)邊緣。使用邊緣技術(shù)MEC可以減小核心網(wǎng)絡(luò)的傳輸負(fù)荷、降低移動業(yè)務(wù)的延遲、提高服務(wù)的質(zhì)量和可靠性。（1）MEC系統(tǒng)介紹MEC體系架構(gòu)：MEC系統(tǒng)被劃分為三個不同的層次：網(wǎng)絡(luò)、MEC移動邊緣系統(tǒng)和MEC移動邊緣主機。如圖2-9所示，MEC系統(tǒng)通常包括以下部分：在MEC移動邊緣主機層中,移動邊緣主機為網(wǎng)絡(luò)提供存儲、計算和網(wǎng)絡(luò)資源的能力,并為其持續(xù)存儲與時間有關(guān)的信息的是虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施。在MEC移動邊緣系統(tǒng)層中,存在用戶終端，和第三方的服務(wù)門戶。在MEC網(wǎng)絡(luò)層中，存在3GPP網(wǎng)絡(luò)、本地網(wǎng)絡(luò)、外部網(wǎng)絡(luò)，提供了基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。圖2-9MEC基本架構(gòu)（2）邊緣計算的優(yōu)勢：邊緣計算是一種全新的計算方式，通過在用戶設(shè)備周邊