超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)部署、D2D通信、大規(guī)模MIMO、非正交多址接入技術(shù)、FBMC（濾波組多載波技術(shù)），除了以上五個(gè)，其實(shí)還有毫米波（millimetre waves ，mmWaves)、認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)（Cognitive radio spectrum sensing techniques）、超寬帶頻譜、多技術(shù)載波聚合等關(guān)鍵技術(shù)

大規(guī)模MIMO是關(guān)鍵之一。。

PConline 雜談】距2020年5G正式商用越來(lái)越近，按照預(yù)期，5G最終的傳輸速率將可實(shí)現(xiàn)1Gb/s。另一方面，視頻、直播等帶來(lái)了爆發(fā)式的數(shù)據(jù)流，加之與日俱增的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量，4G已漸漸不能滿足這些應(yīng)用需求，因此我們急需5G的到來(lái)。很多人將其視為一場(chǎng)革命，確切而言，5G技術(shù)更像是4G的一種延續(xù)。其中，支撐5G的相關(guān)技術(shù)許許多，本期我們將撿其重點(diǎn)為大家介紹一二。

實(shí)際上，移動(dòng)通信的每一次技術(shù)演進(jìn)都是從需求與應(yīng)用角度出發(fā)。30年來(lái)，全球移動(dòng)通信共經(jīng)歷了4代發(fā)展，從第一代的語(yǔ)音，到第二代的語(yǔ)音+文本，再到第三代的多媒體，現(xiàn)階段的第四代的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)。

對(duì)于5G技術(shù)，其最顯著的特點(diǎn)就是大數(shù)據(jù)、眾連接與場(chǎng)景體驗(yàn)。所謂大數(shù)據(jù)，即是數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)速率高、數(shù)據(jù)服務(wù)為主，為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供支持，而眾連接則指大量的物聯(lián)網(wǎng)終端用戶接入，提供連接一切的能力；至于場(chǎng)景體驗(yàn)，顧名思義就是提供對(duì)應(yīng)不同場(chǎng)景的高用戶體驗(yàn)。

未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)，將面對(duì)1000倍的數(shù)據(jù)容量增長(zhǎng)，10至100倍的無(wú)線設(shè)備連接以及用戶速率需求，5G要如何實(shí)現(xiàn)這些？其實(shí)，5G的關(guān)鍵技術(shù)多集中在無(wú)線部分，本期我們從所收集的5G技術(shù)中，挑出幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)與各位分享。當(dāng)然了，應(yīng)該遠(yuǎn)不止這些。

FBMC濾波組多載波技術(shù)

在OFDM系統(tǒng)中，各子載波在時(shí)域相互正交，其頻譜相互重疊，因此具有較高的頻譜利用率，該技術(shù)一般應(yīng)用在無(wú)線系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸中，然而由于無(wú)線信道的多徑效應(yīng)，使得符號(hào)間產(chǎn)生了干擾。為消除符號(hào)間干擾（ISl），而在符號(hào)間插入保護(hù)間隔。

插入保護(hù)間隔的一般方法是符號(hào)間置零，也就是發(fā)送第一個(gè)符號(hào)后停留一段時(shí)間，再發(fā)送第二個(gè)符號(hào)。在OFDM系統(tǒng)中，這樣做雖減弱或消除了符號(hào)間干擾，卻破壞了子載波間的正交性，因此造成子載波之間的干擾（ICI）。因此，此種方法在OFDM系統(tǒng)中并不能采用。

為了既可以消除ISI，同時(shí)又可以消除ICI，通常保護(hù)間隔是由CP（Cycle Prefix)充當(dāng)。CP是系統(tǒng)開(kāi)銷，不傳輸有效數(shù)據(jù)，來(lái)降低頻譜效率。FBMC則是利用一組不交疊的帶限子載波實(shí)現(xiàn)多載波傳輸，F(xiàn)MC對(duì)于頻偏引起的載波間干擾非常小，不需要CP，極大提高了頻率效率。

超寬帶頻譜

要知道，信道容量與帶寬和SNR（信噪比）成正比，因此為了滿足5G網(wǎng)絡(luò)Gpbs級(jí)的數(shù)據(jù)傳輸速率，就需要有更大的帶寬在其背后做支持。頻率越高，帶寬就越大，信道容量也就越高。因此，高頻段連續(xù)帶寬成為5G的必然選擇。

此外，得益于例如大規(guī)模MIMO等一些有效提升頻譜效率的技術(shù)，即使是采用相對(duì)簡(jiǎn)單的調(diào)制技術(shù)，5G也可以實(shí)現(xiàn)在1Ghz的超帶寬上達(dá)到10Gpbs的傳輸速率。

大規(guī)模MIMO技術(shù)

在上一段落中，我們提到了大規(guī)模MIMO，那么何為大規(guī)模MIMO技術(shù)？MIMO技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于WIFI、LTE等，而我們最熟悉的可能要屬無(wú)線路由器，在產(chǎn)品參數(shù)中我們經(jīng)常會(huì)看到MIMO字樣。理論上講，天線越多頻譜效率和傳輸可靠性也就越高。

多天線技術(shù)經(jīng)歷了從無(wú)源到有源，從二維(2D)到三維(3D)，從高階MIMO到大規(guī)模陣列的發(fā)展，將有望實(shí)現(xiàn)頻譜效率提升數(shù)十倍甚至更高，是目前5G技術(shù)重要的研究方向之一。

大規(guī)模MIMO技術(shù)可通過(guò)一些低價(jià)位低功耗的天線組件來(lái)實(shí)現(xiàn)，為在高頻段上進(jìn)行移動(dòng)通信提供了廣闊前景，它可以成倍提升無(wú)線頻譜效率，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋與系統(tǒng)容量，幫助運(yùn)營(yíng)商最大限度的利用已有站址和頻譜資源。

ultra-dense Hetnets超密度異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)

HetNet立體分層網(wǎng)絡(luò)，指的是在宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)層中布放大量Microcell微蜂窩、Picocell微微蜂窩、Femtocell毫微微蜂窩等接入點(diǎn)，用以滿足數(shù)據(jù)容量增長(zhǎng)要求。而待跨入到5G時(shí)代，更多的“物-物”連接接入網(wǎng)絡(luò)，屆時(shí)HetNet網(wǎng)絡(luò)的密度也會(huì)大大增加。

多技術(shù)載波聚合

再來(lái)說(shuō)說(shuō)多技術(shù)載波聚合（multi-technology carrier aggregation）。大概是3GPP R12已經(jīng)提到多技術(shù)載波聚合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。從發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)會(huì)是一個(gè)融合的網(wǎng)絡(luò)，載波聚合技術(shù)不但要實(shí)現(xiàn)LTE內(nèi)載波間的聚合，還要擴(kuò)展到與3G、WIFI等網(wǎng)絡(luò)的融合。多技術(shù)載波聚合技術(shù)與HetNet一起，最終將實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物間的無(wú)縫連接。

非正交多址接入技術(shù)（NOMA）

3G采用的是直接序列碼分多址（Direct Sequence CDMA ，DS-CDMA）技術(shù)，手機(jī)接收端使用Rake接收器，因其具備非正交的特性，就需要使用快速功率控制（Fast transmission power control ，即TPC)來(lái)解決手機(jī)與小區(qū)之間的遠(yuǎn)-近問(wèn)題。

NOMA的基本思想是在發(fā)送端采用非正交發(fā)送，主動(dòng)引入干擾信息，在接收端通過(guò)串行干擾刪除（SIC）接收機(jī)實(shí)現(xiàn)正確解調(diào)。雖然，采用SIC技術(shù)的接收機(jī)復(fù)雜度有一定的提高，但是可以很好地提高頻譜效率。其本質(zhì)是用提高接收機(jī)的復(fù)雜度來(lái)?yè)Q取頻譜效率。

毫米波

之所以把毫米波放在文章的最后，原因在于筆者在前陣剛剛介紹過(guò)這部分內(nèi)容。毫米波，頻率30GHz到300GHz，波長(zhǎng)范圍1到10毫米的電磁波。具備充足的可用帶寬，較高的天線增益，毫米波技術(shù)可以支持超高速的傳輸率，且波束窄，靈活可控，能連接大量設(shè)備。

在毫米波頻段中，28GHz與60GHz是最有望應(yīng)用在5G通信的兩個(gè)頻段。其中，28GHz的可用頻譜帶寬可達(dá)1GHz，60GHz每個(gè)信道的可用信號(hào)帶寬則可達(dá)2GHz。毫米波的獨(dú)有特性，使其在傳播時(shí)不易受到自然光和熱輻射源的影響，不光是通信，其還可應(yīng)用于雷達(dá)、制導(dǎo)等諸多領(lǐng)域，應(yīng)用前景廣闊。

全新頻譜

寬頻支持大帶寬

兵馬未動(dòng)，糧草先行。頻譜是無(wú)線通信技術(shù)的基礎(chǔ)資源。未來(lái)全球5G先發(fā)頻段是C-band（頻譜范圍為3.3GHz-4.2GHz， 4.4GHz-5.0GHz）和毫米波頻段26GHz/28GHz/39GHz。相應(yīng)地，3GPP量身打造了n77，n78，n79，n257，n258和n260。

5G采用了寬頻方式定義頻段，形成了少數(shù)幾個(gè)全球統(tǒng)一頻段，大大降低了終端（手機(jī)）支持全球漫游的復(fù)雜度。5G的最大帶寬由20MHz，增加到在C-band上最大支持100MHz，在毫米波上最大支持400MHz。相當(dāng)于路寬了，下載或上傳的速度將大幅提升。另外，5G采用更為先進(jìn)的符號(hào)成型技術(shù)，如Filter-OFDM，降低了頻譜邊緣保護(hù)帶的開(kāi)銷，相比4G，在同樣的標(biāo)稱帶寬下，傳輸帶寬有了明顯的提升。

全新終端形態(tài)

多天線提升下行速率

多天線的使用帶來(lái)了空間復(fù)用增益，可以大幅度提升容量。但對(duì)于特定終端，能支持的復(fù)用層數(shù)，受限于接收天線的數(shù)目。現(xiàn)在大家所使用的終端（手機(jī)）標(biāo)配的接收天線數(shù)目為兩個(gè)，因此能支持最大復(fù)用層數(shù)為兩層。未來(lái)使用4收天線的終端將成為主流。5G NR將標(biāo)配的接收天線數(shù)目提升了一倍。相比2收、4收終端可以大幅提升下行速率。

●上下行解耦技術(shù)，補(bǔ)齊上行覆蓋短板

通過(guò)C-band大帶寬和多天線接收技術(shù)，用戶享受了更快的下載速率，但由于C-Band的傳輸特性，以及終端上行發(fā)射功率等限制，5G小區(qū)的上行覆蓋受限嚴(yán)重。如果和現(xiàn)有1.8GHz的LTE共站部署，覆蓋有明顯短板，只有小區(qū)中心的部分用戶才能享受5G帶來(lái)的更高速率體驗(yàn)。

上下行解耦就是針對(duì)這一問(wèn)題提出的創(chuàng)新頻譜使用技術(shù)，3GPP中的正式名稱是 LTE-NR UL coexistence，用LTE低頻空閑頻譜共享給NR上行使用，既彌補(bǔ)了C-Band以及高頻在上行覆蓋上的不足，又充分利用了LTE空閑頻譜的無(wú)線資源，一舉兩得，以通用的方案應(yīng)用于NSA和SA的模式，使得提供5G基礎(chǔ)覆蓋的同時(shí)，又能節(jié)省運(yùn)營(yíng)商部署成本，是加速5G部署的必備特性。

華為與英國(guó)領(lǐng)先運(yùn)營(yíng)商EE在倫敦商用網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行了上下行解耦的外場(chǎng)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，采用了上下行解耦后，3.5GHz的覆蓋半徑提升了73%，在用戶體驗(yàn)提升10倍的前提下達(dá)到了與1.8GHz的同覆蓋。

全新物理層技術(shù)框架

保障系統(tǒng)靈活性有效性

●新波形

LTE下行支持CP-OFDM（沒(méi)有DFT預(yù)變換）波形，上行僅支持DFT-s-OFDM的波形。NR在此基礎(chǔ)上在上行也引入了CP-OFDM的波形，可以支持更加靈活的數(shù)據(jù)調(diào)度。同時(shí)NR的系統(tǒng)帶寬利用率最高可達(dá)97%（LTE為90%），增加了運(yùn)營(yíng)商的頻譜利用價(jià)值。

●靈活的空口設(shè)置

和前代通信技術(shù)使用固定的15KHz子載波間隔和1ms的子幀長(zhǎng)度相比，5G NR引入了更加靈活的空口設(shè)置，比如靈活的子載波間隔（數(shù)據(jù)在不同band上支持15KHz到120KHz的子載波間隔）和靈活的幀結(jié)構(gòu)（全下行，全上行，下行為主和上行為主的幀結(jié)構(gòu)），以適應(yīng)不同的信道類型和業(yè)務(wù)類型。并且不同的業(yè)務(wù)類型（如eMBB和uRLLC）可以通過(guò)FDM的方式同時(shí)發(fā)送，提高了系統(tǒng)傳輸?shù)撵`活性。

●增強(qiáng)的多天線技術(shù)

5G NR引入了多項(xiàng)多天線增強(qiáng)技術(shù)，大幅提高了頻譜效率、小區(qū)覆蓋和系統(tǒng)靈活性。

提高頻譜效率：

對(duì)于單用戶而言，基于非碼本的上行傳輸機(jī)制，減少了前代通信技術(shù)使用碼本進(jìn)行預(yù)編碼，所產(chǎn)生的量化誤差，可提供更精確的信道信息，有效的增強(qiáng)上行頻譜效率；

對(duì)于多用戶而言，相對(duì)于LTE所支持的4流，5G NR上下行支持正交12流的多用戶配對(duì)，并且通過(guò)增強(qiáng)的干擾測(cè)量和反饋技術(shù)，可顯著提高上下行頻譜效率。

對(duì)于TDD來(lái)說(shuō)，探測(cè)參考信號(hào) （SRS） 可以在不同的載波之間，或者同一載波的不同天線之間切換發(fā)送，利用信道互易性，進(jìn)一步提升TDD系統(tǒng)的信道反饋精度和頻譜效率；

增強(qiáng)小區(qū)覆蓋： 

5G NR采用波束賦型的測(cè)量和反饋機(jī)制，可同時(shí)應(yīng)用于初始接入、控制和數(shù)據(jù)信道。波束賦型（Beamforming）是多天線技術(shù)的一種，是指gNodeB/UE對(duì)PDSCH/PUSCH（Physical Downlink /Uplink Shared CHannel）上/下行信號(hào)進(jìn)行加權(quán)，形成對(duì)準(zhǔn)UE/gNodeB的窄波束，將發(fā)射能量對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)用戶，從而提高目標(biāo)UE/gNodeB的解調(diào)信噪比。

對(duì)于初始接入來(lái)說(shuō)，改進(jìn)了LTE時(shí)期基于廣播的機(jī)制，升級(jí)為基于波束賦型的機(jī)制，從而提高了系統(tǒng)覆蓋率；采用波束賦形，可增強(qiáng)控制信道的覆蓋范圍，從而擴(kuò)大了小區(qū)半徑，也可以提高傳輸成功率，尤其適應(yīng)于高頻傳輸。

此外，還有增強(qiáng)的導(dǎo)頻設(shè)計(jì)，如解調(diào)導(dǎo)頻、相位跟蹤導(dǎo)頻和時(shí)頻跟蹤導(dǎo)頻，相對(duì)于LTE來(lái)說(shuō)，可以有效地減小開(kāi)銷，提供更精確信道的信息。

●全新的信道編碼

和前代通信技術(shù)數(shù)據(jù)信道用turbo碼、控制信道用TBCC等編碼方式相比，5G NR采用了全新的信道編碼方式，即數(shù)據(jù)信道用LDPC編碼，控制信道和廣播信道用Polar編碼。這一改進(jìn)可以提高NR信道編碼效率，適應(yīng)5G大數(shù)據(jù)量，高可靠性和低時(shí)延的傳輸需求。    

●CU-DU 分離技術(shù)

通過(guò)引入中央控制單元（Central Unit）,一方面，在業(yè)務(wù)層面可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線資源的統(tǒng)一管理、移動(dòng)性的集中控制，從而進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)性能；另一方面，在架構(gòu)層面，CU既可以靈活集成到運(yùn)營(yíng)商云平臺(tái)，也可以專有硬件環(huán)境上用云化思想設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)資源池化、部署自動(dòng)化，降低OPEX/CPAX的同時(shí)提升客戶體驗(yàn)。