基于超短基线的水下定位算法研究外文翻译资料

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5G研究活动综述

摘要

本文总结了对5G无线通信网络的主要举措。重点关注项目和项目活动，以及最近的文献。还仔细研究了一个范围广泛的欧盟5G相关项目。文献综述限于在最近的专题IEEE通信杂志关于5G的问题的文章和从不同来源得到的相关白皮书。其目的是揭示什么是5G：核心5G系统概念的基石是什么，有哪些主要的挑战以及如何处理它们。研究资料表明，5G除了需要提供增容技术，还需要提供低延迟、超可靠的通信，以及大量的连接。因此，5G发展最严苛的部分将是足够灵活的系统平台的设计，以使系统平台成功地整合与管理各种不同的技术，并不同的使用情况进行优化。

I.引言

越来越多的互联网数据流量驱动目前已部署的3G和4G无线技术的容量的发展。目前，对第五代无线通信网络的深入研究在许多方面都有进展。5G技术预计将在2020年前后投入使用。本文通过参考广泛的欧洲研究项目、近期文献以及无线技术的重要研究人员发表的5G白皮书，来揭示5G研究活动。目的是帮助理解什么是5G，以及不同的5G方案是如何实现的。

关于5G没有独特的定义（到目前没有）^{[1-2 ]}。然而，一个广泛的共识是5G的想法仅仅是几个场景和用例技术的集成，而不是发明一个新的单一无线接入技术。目前存在的技术要求技术（4G）^[3]如下表所列：每区10到1000倍的移动数据量，

10到100倍的典型用户数据速率，

10到100倍的连接设备，

10倍增加低功率器件的电池寿命，

5倍减少端到端延迟。

论文的其余部分按如下方式组织。第二部分选取了各种正在进行的5G相关的欧洲项目的要点。第三部分回顾了IEEE无线通信杂志关于5G无线通信系统的文献：前景和挑战，第一部分2014年2月^[4-13]，第二部分在2014年5月^[14-22]，最后选定了50个白皮书^[23-29]。然后，第四节得出结论，最后是传记。

II.欧洲5G项目

这一部分主要概述了欧盟第七框架计划（FP7）未来的网络集群无线接入及管理欧洲5G研究活动很大一部分的频谱项目^[30]。新的研究计划和行动是由“地平线2020计划”^[31]和5GPPP（5G政府民间合作计划）协调的 ^[32]。Metis是最大的FP75G项目（包括29个成员）^[14、33]，其目的是为5G系统奠定基础并且是统一标准的制定者。Metis已经确定了一些测试用例和场景来解释说明5G的关键挑战，5G将面临如下所示场景：

1“前所未有的高速”；

2“支持人口密集地区的优质通信”；

3“最佳体验如影随形”；

4“超实时、超可靠”；

5“支持各类联网设备”；

第一条专注于提供非常高的数据速率以及非常低的延迟（瞬时连接）。第二条应确保在人口密集的地区，如商场、体育场和摇滚音乐会，也有合理的用户体验。第三条强调了用户移动性，例如，车辆通信，也要保证好的用户体验。第四条对那些严格要求可靠性和延迟的新场景、新应用做了说明。最后一条涉及一个非常大的数字设备（例如，机械，传感器）的有效管理。

Metis还确定了所谓的横向课题。它与技术结合，形成整体的系统的概念。这些概念是：

1）设备到设备（D2D）直接通信，

2）大规模的机器通信（MMC），

3）移动网络（MNS），

4）超密集网络（UDNs），和

5）高可靠通信（URC）。

最后，形成一个框架，结合各种集中式和分散式的方法，得到统一的概念。

根据参考文献34，Metis已经选定“直接网络控制设备装置之间的通信干扰消除”和“FBMC / OQAM新波形”这两种技术测试，因为认为他们有很大的技术影响并且和5G系统概念有较大关联。

第五代非正交波形异步信号（5gnow）项目^[8，35]提出了一种可扩展的、高效的空中接口,放弃了前代网络遵循的严格的正交性和同步性原则。通用滤波多载波（美国），滤波器组的多载波（FBMC）和广义的频分复用（OFDM）是几个有望超越正交频分复用（OFDM）的几种方法。除了多载波波形设计本身，5gnow项目说滤波、稀疏信号处理、鲁棒性和低延迟传输等方面并没有统一的框架结构。

增强的多载波技术的专业组织和以小区为基础的通信（重点）项目^[36]开发其中需要的灵活高效的滤波器处理结构、信道估计、均衡和同步的功能。此外，在一些同步很难维持的特定环境下基于滤波器组的多载波方案的可行性（中继、多跳、合作）将被评估。

未来网络回程线路的节能E波段收发器（e3network）项目^[37]旨在利用现代数字多电平调制设计和射频模拟前端的高度集成的电路（先进的SiGe BiCMOS技术）设计高频谱和能量效率的收发器。

物理层无线安全（phylaws）项目^[38]旨在通过物理层安全与加密编码方法提高无线网络中接口的隐私性。可靠的无线电波形和接入协议已被设计并在WiFi设置和LTE仿真测试经过检验。

本地接入全双工无线电（DUPLO）项目^[39]建立在同频载波可同时传输和接收的无线电收发技术上。这种新的传输模式可以显着提高链路容量和灵活的频谱使用和组网提供新的方式。

能量优化的无线密集的网络连接管理（CROWD）项目^[40]旨在设计非常密集的异构接入网络并集成了无线/有线回传功能。这一项目的目标是在需要的时候提供与密集度成比例的能力，在这样的环境，优化的MAC层机制，确保与传输时间成比例的能源消耗，并通过智能连接管理确保用户体验。

密集合作无线云网络（DIWINE）项目^[41]利用范式“虚拟中继独立无线云”，其中包含一个简单明了的界面终端，解决密集干扰Ad hoc网络的无线通信问题。

互通和基于云的网络小区开放接入和回程网络架构节点设计（lloin）项目^[42]将利用集中的包含一个云基础设施的无线接入网（RAN）开放平台的概念，共同设计和优化接入和回程结构。

分布式计算、存储和资源分配在合作飞蜂窝基站（TROPIC）项目^[43]试图回答以下问题：什么样的通信/计算技术需要普遍毫微微网络基础设施和云计算收敛？在光谱/能源/服务效率可以通过该飞蜂窝-云计算方法获得多少收益？

发展中国家偏远地区基于3G飞蜂窝无线技术的部署（tucan3g）项目^[44]利用新的无线接入（30 - 40毫微微蜂窝基站）和异构的回程技术（长距离WiFi，WiMAX，VSAT），为偏远地区提供经济上可承受和技术上可行的在室外的情况下的解决方案。

后2020毫米波小区异构无线网络接入和回程（miwaves）[45]是一个产业驱动的大型综合项目。该项目调查和演示了支持未来异构网络中毫米波小区整合的关键技术和功能。该项目重点关注网络功能和算法、集成的无线电和天线技术的水平。

5G移动网络高级动态频谱认证共享访问（ADEL）项目^[46]重点调查以下研究问题的认正范围内共享访问（LSA）范式：1）动态优化分配的频谱和功率资源从秒到毫秒的刻度，2）服务质量保证所有参与频谱共享网络的用户，3）LSA网络整体能量消耗最小化。

通过异构分散带聚集的频谱叠加（SOLDER）项目^[47]的主要目标是有效地聚合不连续分布授权频段的异构网络（HetNet）和异构无线接入技术（h-rats），从而提出了一个新的频谱叠加技术。

认知无线电的标准化倡议（crs-i）协调行动^[48]协调和支持当前和未来的FP7项目。他们的提出的认知无线电和动态频谱接入已利用集中式的方法得到结果，并准备走向标准化。

卫星通信的认知无线电（CoRaSat）项目^[49]研究动态频谱共享通过调查、开发、并展示相关的卫星网络中的认知无线电技术。其目的是表明，灵活的频谱利用的好处和由此带来的新业务机会将超过其潜在的缺点。

统一异构无线接入网络自管理（semafour）^[50]项目的目标是开发多种无线接入技术（multi-RAT）和多层自组织网络（SON）功能（包括闭环控制的配置与优化和故障恢复），设计一个完整的子管理系统。

基于大规模MIMO的高效传输（MAMMOET）^[51]的目的是使大规模MIMO从非常有前景的理论概念层次，提升到通过使用创新的低成本、高效、灵活的硬件可实现的层次。

无线远端射频单元和寄生天线阵列的高容量网络架构（HARP）项目^[52]计划无线远端射频单元（RRH）与电子可控无源阵列散热器技术（espars）技术相结合的方法实现分布式多天线无线接入。通过光纤传播无线电将扩大地理上分散地区的连接，并提供一个单一的有源射频链多天线的功能。

移动云网络（MCN）项目^[53]按需创建基于云计算的弹性移动网络。特别感兴趣是演进的分组系统及其生命周期管理。

不断发展的移动互联网创新的终端到终端卸载技术（MOTO）工程^[54]拟通过利用多样化卸载方案，例如，蜂窝无线网络、利用机会主义设备与设备（D2D）连接解决5G的挑战。网络控制的IP流量卸载也被纳入。

无线通信英才网（NEWCOM）项目^[56]专注于长期的、跨学科的研究。研究的内容包括探索通信网络的最终极限，能量和频谱高效利用，以及机会协作传输。此外，NEWCOM会通过举办例如季节性的学校，鼓励学术界和工业界之间的合作和研究人员的培养。

使用低能源子系统的软件定义（SODALES）项目^[57]旨在开发具有成本低10Gbps的固定接入的目标，并提供固定和移动用户透明传输服务的新无线接入互联服务。该融合网络架构包括先进的控制和管理平面，有开放接入和多运营商的功能。

不可预知的环境下，链接上的即时、鲁棒、高效、智能通信技术（RESCUE）项目^[58]认为未来异构和密集的网络，是形成基于网络的概念有损通信链路的适当基础。公共安全和车辆与车辆间的应用是在RESCUE项目最前沿领域。

为意外及临时活动准备的带有机会链路的空中基站（ABSOLUTE）项目^[59]侧重于未来的公共安全通信系统。它所提出的异构网络架构是基于以下要素：1）低空航拍LTE-A的基站（eNodeB的），2）便携陆地移动LTE-A的基站（eNodeB的），和3）先进的多模LTE-A专业终端。

低电磁场暴露未来网络（LEXNET）项目^[60，61]有一个非常具体的目标，制定有效机制以减少至少50％公共电磁场（EMF）暴露，同时又不损害服务质量。

III.5G文献回顾

已有大量出版物是和5G相关的，每个月也有更多的文章发表出来。因此，在此部分选择的文献被限制为非常权威的杂志的近期文章和选定的白皮书。更具体地，IEEE通信杂志2014年2月和5月发表了关于5G两部分功能主题的文章，本文中将作简要总结。

A.IEEE通信杂志2014年2月关于5G的概述

文献[4]让我们重新思考能量效率吧和频谱效率（EE与SE）之间的关系。二者的联合设计应该是5G研究重要组成部分。未来理想的系统应在每个频谱效率点都提升能量效率，双赢的EE-SE平衡区和小EE-SE平衡区和较小的斜率。没有更多小区是建议5G从小区为中心的思想转向以软用户和C-RAN为中心的设计。第三点是重新考虑对不同流量类型的信令和控制机制。第四方面[4]引入了隐形基站的概念。它涵盖了以不规则天线阵列的形式的部署大规模MIMO，天线元件可嵌入到环境中，因此使得基站几乎看不见。最后，全双工无线被建议作为5G一个有用的技术组件。

类似于以前的文章，Boccardi等在参考文献[5]，列出对5G五条颠覆性的观点。传统小区结构的基站或将被以设备为中心的更灵活的结构所取代，这种结构可以更好地处理流量和网络节点的不同特性。更宽的带宽是在毫米波，应当考虑加以利用。5G通信中大规模MIMO有巨大潜力，因为它在节点级别是可扩展，可以实现新的部署和架构。设备越来越更加智能，而且都应该在节点和较高架构层面得以体现。比方说，D2D连接和移动设备的缓存对5G系统设计的影响。5G的一个组成部分，也应该是机器对机器（M2M）通信，其中连接设备的数目可能非常大，并且要求高可靠性和低延迟。

参考文献6主要关注网络的致密化。这种趋势的两个维度是在空间上和频率上。空域的致密化主要是小区的密集部署，频域的致密化将不同频段聚集成更大块的频段以此有效利用。同时

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