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摘 要

移动通信从最初的模拟通信（1G）到如今基本覆盖的LTE（4G），已经历经了4次变革。现如今设备和服务产业都呈出一种爆炸式发展的态势，许多4G也无法解决的问题迎面而来，比如，频谱危机和能源消耗过高。为解决上述问题，5G技术已然是通信产业发展的必然选择。未来的发展过程中，移动通信，网络服务，信息数据传输等都在传输速率，可靠性和传输延时等方面有巨大的提升。高频段通信技术，特别是以毫米波为发展对象的新型通信，已经成为无线通信领域的研究热点。本文主要探讨了以毫米波通信为主的新型通信系统的主要性能指标和关键技术，进而分析研究高传输速率实现方法，对MIMO技术中天线阵列的部署做进一步研究并进行总结。

关键词：5G，毫米波，信道性能，天线阵列

Abstract：Mobile communication has undergone four revolutions from the original analog communication to the basic coverage of the LTE4G.However, with the explosive development of equipment and services, there are still many problems that 4G can not solve, such as spectrum crisis and excessive energy consumption.In order to solve the above problems, The development of communication industry has to need 5G technology to welcome the new times.In the future, mobile communication, network services, information data transmission and so on have a huge improvement in transmission rate, reliability and transmission delay, which is obviously unable to meet the 4G technology.High-frequency communication technologies, in particular Millimeter wave (MMW) as a new type of communication has become a research hotspot in the field of wireless communication.In this paper, the main performance indexes and key technologies of a new type of communication system based on millimeter-wave communication are discussed, and the channel performance is analyzed by formula derivation, and the realization method of high transmission rate is studied.The deployment of antenna array in MIMO technology is further studied, and the simulation results are discussed.

Keywords：5G，Millimeter-wave，Channel performance，aerial array

目录

1 绪论 3

2 5G关键技术 4

3 天线阵列相关原理 6

3.1 电磁波的干涉叠加理论 6

3.2 方向图乘积定理 8

4 毫米波通信中天线设计部署研究 8

4.1 毫米波通信 8

4.2 MIMO天线阵列 9

4.3 信道容量与天线数的关系 10

4.4 天线阵列部署研究分析 12

结论 13

参考文献 14

致谢 15

附录 16

1 绪论

当今社会已逐步进入信息化时代，各种产业都在试图寻求新的运营模式。无线通信网络将是全球信通技术战略中的关键之一，也支撑着其他产业的发展。
欧洲移动观测台曾这样报道，2010年移动通信行业产值为1740亿欧元。领先航空工业、制药业以及其他产业。人们的沟通能力、传统经济的贸易往来方式都因无线通信的发展而发生巨大改变。像阿里巴巴等电子商务企业也应运而生，使得人们的生活方式产生了很大的转变。如表1-1所示，移动通信系统的发展历程可以概括为以下五个阶段：

表 1-1 移动通信系统发展的五个主要阶段

阶段	技术特点及优点	弊端
第一代移动通信技术	采取蜂窝式模拟移动技术	信道容量不足、制式多样且不兼容、频谱利用率较低
第二代移动通信技术	利用蜂窝式数字移动技术，将传输信息数字化，具有数字信号处理和传输的特点	无法提供全球漫游服务、业务模式匮乏、数据通信的网速较低
第三代移动通信技术	可提供很高质量的视频观赏、网上冲浪、电子邮件收发等多媒体综合业务，进行电子商务、在线交易、互联网金融等	存在进一步改善的空间，第四代移动通信技术有着巨大提升，更先进
第四代移动通信技术	集合第三代移动通信与无线局域网两种技术，网速可达每秒数百兆字节，可传输高质量的音视频和图像等信息，能提供给用户各种不同的无线移动通信服务	网络速度存在进一步提升的空间
第五代移动通信技术	在4G技术的基础上推进技术变革，并且更加重视用户体验感，在架构设计上力求有新的突破口，室内通信性能将作为5G首要设计参照标准，高频段频谱将大规模的应用。	还未普及使用，暂无发现明显弊端

事实上，近年来，无线通信用户的数量增长趋势显著。信息传输速率已成为越来越多的通信用户关注的焦点。如今功能更齐全的智能手机和便携式电脑越来越受人们的青睐，这是无线通讯设备和服务爆炸式发展最直接的原因。图1-1所示为第二代移动通信到第五代移动通信（预计2020年商用）的商用时间以及具体服务项目。EMO曾表示从2006年起，移动宽带服务每年有92%的移动宽带服务增加[^[1]]。根据无线世界研究论坛的预测（WWRF）截止2017年时将有7万亿无线设备服务于7亿人口[^[2]]。随着越来越多的无线设备连接入网，现今很多研究将面临着巨大挑战。

图 1-1 历代无线移动通信的商用时间和服务项目

2 5G关键技术

作为新一代无线移动通信标准，5G通信具备一系列新的的用户体验和应用市场，但是也决定着它需要相关的关键技术来进行支撑和实现。表2-1为5G七大关键技术的发展形势，备受业界和相关专家的关注，本文重点探究MIMO技术。

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