5GNR的三大關(guān)鍵技術(shù)

1、5G NR三大關(guān)鍵技術(shù)一、Massive MIMO在2010年底，貝爾實(shí)驗(yàn)室的Thomas在無(wú)線通信中提出了 5G中的大規(guī) 模多天線的概念。在 Massive MIMO系統(tǒng)中，通過(guò)建立極大數(shù)目的信道實(shí)現(xiàn)信 號(hào)的高速傳輸，并通過(guò)大規(guī)模天線簡(jiǎn)化 MAC層設(shè)計(jì)來(lái)最終實(shí)現(xiàn)信號(hào)的低時(shí)延 傳輸。因?yàn)檫@些可實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，Massive MIMO技術(shù)被認(rèn)為是5G中的一項(xiàng)關(guān) 鍵可行技術(shù)。Massive MIMO 是傳統(tǒng)MIMO技術(shù)的擴(kuò)展和延伸，其特征（集中式MassiveMIMO ）在于以大規(guī)模天線陣的方式集中放置數(shù)十根甚至數(shù)百根以上天線。 Massive MIMO技術(shù)可以直接通過(guò)增加天線數(shù)量來(lái)增加系統(tǒng)容量?；?/p>

2、天線數(shù) 量遠(yuǎn)大于其能夠同時(shí)服務(wù)的終端天線數(shù)，形成了 Massive MIMO無(wú)線通信系 統(tǒng)，以達(dá)到更充分地利用空間維度，提供更高的數(shù)據(jù)速率，大幅度提升頻譜效 率的目的。隨著基站天線數(shù)的增加，Massive MIMO可以通過(guò)終端移動(dòng)的隨機(jī)性以及信道 衰落的不相關(guān)性，利用不同用戶間信道的近似正交性降低用戶間干擾，實(shí)現(xiàn)多 用戶空分復(fù)用。由于 Massive MIMO技術(shù)的上述特點(diǎn)，在近年來(lái) 5G新空口的 研究中，Massive MIMO技術(shù)是非常重要的關(guān)鍵技術(shù)之一。Massive MIMO 的優(yōu)勢(shì)1. 相較于傳統(tǒng)的MIMO系統(tǒng)，Massive MIMO系統(tǒng)的空間分辨率被極大地提升 了。 Massiv

3、e MIMO技術(shù)可以在沒(méi)有基站分裂的條件下實(shí)現(xiàn)空間資源的深度挖 掘。2. 波束賦形技術(shù)能夠讓能量極小的波束集中在一塊小型區(qū)域，因此干擾能夠被 極大地減少。波束賦形技術(shù)可以與小區(qū)分裂、小區(qū)分簇相結(jié)合，并與毫米波高 頻段共同應(yīng)用于無(wú)線短距離傳輸系統(tǒng)中，將信號(hào)強(qiáng)度集中于特定方向和特定用 戶群，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的可靠高速傳輸。3. Massive MIMO技術(shù)能夠通過(guò)不同的維度（空域、時(shí)域、頻域、極化域）提 升頻譜利用效率和能量利用效率。與4G的差異5G新空口 Massive MIMO技術(shù)的顯著特點(diǎn)之一是天線數(shù)量遠(yuǎn)高于 LTE系統(tǒng)。 為了滿足5G新空口的性能需求，發(fā)射及接收點(diǎn)（TRP Transmission

4、 and Reception Point ）考慮支持到256Tx。在NR仿真假設(shè)的相關(guān)討論中，70GHz TRP的收發(fā)天線數(shù)甚至可以達(dá)到1024個(gè)。雖然高頻段的路徑損耗和穿透損耗都比較大，但對(duì)于減小天線尺寸，在相同的天線陣平面面積部署更多的天線數(shù) 上具有天然的優(yōu)勢(shì)。5G新空口 Massive MIMO技術(shù)的另一個(gè)特點(diǎn)是頻率跨度大且?guī)挻?。NR的載波頻率范圍從4GHz左右到6GHz以上的高頻段，可能支持的載波帶寬也從 80MHz到1GHz左右。如何在不顯著增加 TRP發(fā)射功率的前提下，提供類似 LTE的覆蓋？可行的解決方法就是充分利用數(shù)量眾多的天線，一方面利用天線 本身的增益，另一方面采用波束賦

5、形技術(shù)，將發(fā)射功率集中在窄波束上，以提 升覆蓋性能?？梢?jiàn)相對(duì)于LTE更窄的波束及波束賦形是5G新空口 Massive MIMO的必然選擇，特別是對(duì)于 6GHz以上的高頻頻譜。二、新波形FB-OFDMLTE采用正交頻分復(fù)用（OFDM ）技術(shù)，子載波和OFDM符號(hào)構(gòu)成的時(shí)頻資源 組成了 LTE系統(tǒng)的無(wú)線物理時(shí)頻資源。通過(guò)使用循環(huán)前綴（CP），CP-OFDM 系統(tǒng)能很好地解決多徑時(shí)延問(wèn)題，并且將頻率選擇性信道分成了一套平行的平 坦信道，簡(jiǎn)化了信道估計(jì)方法，提高了信道估計(jì)精度。然而，由于CP-OFDM系統(tǒng)帶外泄露較大，目前LTE系統(tǒng)在頻域上使用了保護(hù)間隔，降低了頻譜效 率，且CP-OFDM系統(tǒng)性能對(duì)相

6、鄰子帶間的頻偏和時(shí)偏比較敏感，要求相鄰子 帶間的用戶嚴(yán)格同步，因此不利于不同子帶間不同業(yè)務(wù)的應(yīng)用。各大公司在5G技術(shù)研究中，把抑制帶外泄露做為一個(gè)重要的方向。如基于濾 波器組多載波的移位正交復(fù)讀調(diào)制（FBMC-OQAM ）技術(shù)，基于子帶濾波的正 交頻分復(fù)用（F-OFDM ）技術(shù)，通用濾波的多載波（UFMC ）技術(shù)，通用頻分 復(fù)用（GFDM ）技術(shù)和基于濾波器組的正交頻分復(fù)用（FB-OFDM ）技術(shù)。FB-OFDM技術(shù)在原理上是通過(guò)多個(gè)濾波器（即濾波器組）對(duì)傳輸帶寬里的多 個(gè)子載波分別濾波，然后在疊加在一起形成時(shí)域數(shù)據(jù)信號(hào)，與其他方案相比：1. 與LTE技術(shù)兼容性好。2. 波形函數(shù)選擇靈活性好。

7、不同場(chǎng)景使用不同的波形函數(shù)，以滿足不同場(chǎng)景的 重點(diǎn)需求。3. 帶外泄露小。通過(guò)選擇合適的波形函數(shù)，可以很好地抑制帶外泄露，有利于 減少保護(hù)子載波個(gè)數(shù)，并且提高頻譜效率，特別是提高窄帶頻譜效率。4. 異步性能好。不同子帶間可以異步，不同子帶的子載波間隔和符號(hào)長(zhǎng)度可以 不同，以滿足不同業(yè)務(wù)的需求，而且子帶間不需要保護(hù)間隔，同一子帶的不同 子幀用戶對(duì)同步的要求也降低了。5. 資源調(diào)度靈活。由于是子載波級(jí)濾波，因此子帶的最小單位可以是單個(gè)子載 波，即可以基于單個(gè)子載波進(jìn)行調(diào)度，并且每個(gè)子載波之間可以異步。三、新型調(diào)制編碼2016年11月18日在美國(guó)內(nèi)華達(dá)州舉辦的 RAN1 87次會(huì)議上，經(jīng)過(guò)激烈的討

8、論，國(guó)際移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)化組織 3GPP最終確定了 5G增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（eMBB） 場(chǎng)景的信道編碼技術(shù)方案，其中，Polar碼作為控制信道的編碼方案；LDPC碼 作為數(shù)據(jù)信道的編碼方案。什么是信道編碼？數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線信號(hào)在手機(jī)和基站間傳送，由于受到無(wú)線干擾、弱覆蓋等原因影 響，發(fā)送的數(shù)據(jù)和基站接收到數(shù)據(jù)有時(shí)會(huì)不一致，為了糾錯(cuò)，移動(dòng)通信系統(tǒng)就 引入了信道編碼技術(shù)。信道編碼，簡(jiǎn)單的講就是我們?cè)谟?K比特的數(shù)據(jù)塊中插入冗余比特，形成一個(gè) 更長(zhǎng)的碼塊，這個(gè)碼塊的長(zhǎng)度為 N比特，N>K，N-K就是用于檢測(cè)和糾錯(cuò)的冗 余比特，編碼率R就是K/N o 一個(gè)好的信道編碼，是在一定的編碼率下，能無(wú) 限接入信道容量

9、的理論極限。5G為什么采用與4G不同的編碼方案？3G與4G均采用了 turbo碼的信道編碼方案。5G時(shí)代，峰值速率要求20Gbps，時(shí)延在0.5ms。Turbo碼編碼簡(jiǎn)單，Turbo碼的2個(gè)核心標(biāo)志是卷積碼和迭代譯碼，解碼性能 出色，3G與4G均采用了 turbo碼的信道編碼方案。但是 LDPC碼的譯碼可以 并行，利用硬件換取速度，雖然硬件資源消耗大，但是可以更好的適應(yīng)5G的需求。Turbo碼迭代次數(shù)多，譯碼時(shí)延較大譯碼時(shí)延大，不適用于5G高速率、低時(shí)延應(yīng)用場(chǎng)景。LDPC碼則可以硬件實(shí)現(xiàn)并行運(yùn)算，線性時(shí)間內(nèi)可以編解碼，非 常適合高速率處理的場(chǎng)景。Polar碼則基于信道極化現(xiàn)象和串行譯碼方式提升信息比特的可靠性?；谛诺?的組合和分離，當(dāng)組合信道的數(shù)量趨于無(wú)窮大的時(shí)候，一部分信道趨向于完美 的信道，而一部分信道則趨向于純?cè)肼曅诺?，即信道極化現(xiàn)象。基于此信道極 化現(xiàn)象可以構(gòu)造一種極化碼，選擇性使用組合信道中比較好的，因