近年来,随着用户业务应用需求的不断发展,移动通信业务量呈现爆炸式的增长,通信技术也在经历着持续的演进与更新。作为信息无线传播的载体,现有频谱资源已经无法完全满足当下移动通信应用的需求,为了解决第五代移动通信(5G,The Fifth Generation)频谱资源短缺的问题,需要高效地发掘新的频谱资源,并重新规划现有国际移动通信(International Mobile Telecommunication,IMT)的频率资源,实现现有频谱的合理高效利用。针对以上问题,论文从5G移动通信系统候选频段分析、电波传播特性研究、多系统兼容方法与技术研究、频谱高效利用技术研究等方面,对面向5G的典型候选频段中的关键技术和问题进行深入研究,并提出一种新型频谱利用效率计算方法和功率优化方法,以达到提升频谱利用效率的目的。论文的主要研究工作及创新点主要包括如下五点:1.5G移动通信系统候选频段分析在5G候选频段分析方面,结合国际上国际电信联盟(ITU)等标准化组织对5G候选频段研究的最新进展,以及国内不同频段实际业务的部署情况,从现有2G/3 G/4G频率重耕、新频段标识和利用角度分析了我国可用于5G系统的潜在候选频段。针对6GHz以下频段,全面分析了现有2G/3 G/4G频谱的重耕和已标识给IMT系统的频谱用于5G系统的可行性。围绕ITU WRC-15 1.1议题,重点分析了我国提交的潜在候选频段的成因。针对6GHz以上频段,通过对我国现有频率划分、规划、分配和使用现状的分析,给出了我国6-100GHz范围内可用于5G系统的潜在候选频段建议。2.5G典型候选频段的电波传播特性和建模研究面向5G典型候选频段开展电波传播测量建模方面,结合典型的5G候选频段的实际测量结果,分别建立了对应频段的路损模型和阴影衰落模型,并分析了路损参数的频率依赖性;特别的,针对5G支持高流量密度的3D MIMO信道模型,在典型的城市微蜂窝部署场景中在3.5GHz频段、100MHz带宽条件下进行了实际的信道测量工作,从测量数据中提取了各径的垂直维角度值并分析了其统计特性,在非直视径场景下发现了各径垂直维角度值存在偏差,弥补了传统3D MIMO信道建模各径垂直维角度值在直视径角度方向一致的假设,提高了 3D MIMO信道建模的准确性和可靠性。3.5G典型候选频段系统间电磁兼容性能研究面向5G典型候选频段系统间电磁兼容性能分析方面,基于5G系统的最新协议与参数,针对3400-3600MHz低频段,提出高频头与宽带滤波器射频约束下的5G系统和卫星固定业务(FSS,Fixed-Satellite Service)兼容性分析方法,采用半实物与外场测试方式获得系统隔离距离这一共存条件;针对26 GHz中高频段,提出了基于空时双维度的5G系统和卫星间业务(ISS,Inter-Satellite Service)兼容性分析方法,在考虑实际城市人口条件下验证了 5G系统与ISS的兼容共存性能。4.基于实际测试的频谱利用效率计算方法研究针对频谱利用效率计算问题,在某城市采用固定监测站和移动监测车相结合的方法开展了对现有公众移动通信频段的实际场强测试。基于实测数据,提出了基于时-频-空域多维域的新型频谱利用效率计算方法,从信道占用度、频段占用度、信号覆盖率三个维度进行描述分析。5.面向5G典型候选频段的频谱高效利用技术研究基于5G典型候选频段系统间电磁兼容性能研究,针对5G异构蜂窝自组织网络,研究了异构室内小基站自适应边界算法,并提出一种基于自组织边缘计算的异构小小区网络的功率优化调整方案,以提升网络覆盖能力以及降低布设成本,实现频谱高效利用。首先,通过自配置优化室内基站在不同阶段的覆盖范围,自配置和边界范围决策完成后,初始进行功率优化调整。其次,在初始功率调整之后,根据提出的基于代价函数的功率调整方案来实现异构网络下所覆盖用户的功率优化。最后,在密集部署的环境下,通过网络覆盖率与频谱特性来验证所提优化方案,实现网络自主优化覆盖。