解讀5G八大關(guān)鍵技術(shù)

1、解讀5G八大關(guān)鍵技術(shù)【摘要】5G不是一次革命，5G是4G的延續(xù)，我相信5G在核心網(wǎng)部分不會(huì)有太 大的變動(dòng)，5G的關(guān)鍵技術(shù)集中在無(wú)線部分。在進(jìn)入主題之前，我覺(jué)得首先應(yīng)該弄清楚一個(gè)問(wèn)題：為什么需要5G ?不是因?yàn)橥ㄐ殴こ處焸兺蝗幌敫淖兪澜纾谥屏艘粋€(gè)5G。是因?yàn)橄扔辛诵枨螅庞辛?G。什么需求？未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)將會(huì)面對(duì)：1000倍的數(shù)據(jù)容量增長(zhǎng)，10到100倍的無(wú)線設(shè)備連接， 10到100倍的用戶速率需求，10倍長(zhǎng)的電池續(xù)航時(shí)間需求等等。坦白的講，4G網(wǎng)絡(luò)無(wú)法滿足這些需求，所以 5G就必須登場(chǎng)。但是，5G不是一次革命。5G是4G的延續(xù)，我相信5G在核心網(wǎng)部分不會(huì)有 太大的變動(dòng)，5G的關(guān)鍵技術(shù)集中在無(wú)線

2、部分。雖然 5G最終將采用何種技術(shù)，目前 還沒(méi)有定論。不過(guò)，綜合各大高端論壇討論的焦點(diǎn)，我今天收集了8大關(guān)鍵技術(shù)。當(dāng)然，應(yīng)該遠(yuǎn)不止這些。1. 非正交多址接入技術(shù)(Non-Orthogo nal Multiple Access,NOMA)我們知道3G采用直接序列碼分多址(Direct Sequenee CDMA, DS-CDMA)技術(shù)，手機(jī)接收端使用 Rake接收器，由于其非正交特性，就得使用快速功率控制(Fast transmission power control，TPC)來(lái)解決手機(jī)和小區(qū)之間的遠(yuǎn)-近問(wèn)題。而4G網(wǎng)絡(luò)則采用正交頻分多址(OFDM )技術(shù)，OFDM不但可以克服多徑干 擾問(wèn)題，而

3、且和MIMO技術(shù)配合，極大的提高了數(shù)據(jù)速率。由于多用戶正交，手機(jī)和小區(qū)之間就不存在遠(yuǎn)-近問(wèn)題，快速功率控制就被舍棄，而采用 AMC （自適應(yīng)編碼）的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)鏈路自適應(yīng)。NOMA希望實(shí)現(xiàn)的是，重拾3G時(shí)代的非正交多用戶復(fù)用原理， 并將之融合于現(xiàn)在的4G OFDM技術(shù)之中。從2G， 3G到4G,多用戶復(fù)用技術(shù)無(wú)非就是在時(shí)域、頻域、碼域上做文章，而NOMA在OFDM的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)維度功率域新增這個(gè)功率域的目的是，利用每個(gè)用戶不同的路徑損耗來(lái)實(shí)現(xiàn)多用戶復(fù)用3GS.Q/4G5G賽用戶復(fù)用Non-orthogonal (CDMA)Orthogonal (OFDMA)Nan-Qrthogona 1 w

4、ith SIC (NOMA)信號(hào)波形Single carrierOFDM (orDFT-s-OFDM)OFDM (arDFT-s-OFDM)橇路自適應(yīng)Fast TPCAMCAMC + Power aiacaiion盤(pán) 1 as 弓 stec by- XJer cantroiChrthMp 卄al 昌色us左nsi»e>f& r曲電 llccsban廠霸EMi丄 一一1E實(shí)現(xiàn)多用戶在功率域的復(fù)用，需要在接收端加裝一個(gè)SIC （持續(xù)干擾消除），通過(guò)這個(gè)干擾消除器，加上信道編碼（如Turbo code或低密度奇偶校驗(yàn)碼（LDPC）等），就可以在接收端區(qū)分出不同用戶的信號(hào)。Po

5、werBSFreq,UE1Hig hLowReceived SI NRUE接收端利用5I （持續(xù)干擾消除）的基本原埋NOMA可以利用不同的路徑損耗的差異來(lái)對(duì)多路發(fā)射信號(hào)進(jìn)行疊加，從而提高信號(hào)增益。它能夠讓同一小區(qū)覆蓋范圍的所有移動(dòng)設(shè)備都能獲得最大的可接入帶寬，可以解決由于大規(guī)模連接帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)挑戰(zhàn)。Processing powerin Devices丁秋裁i三乂it九訓(xùn) 際丄亞木 FDMA,TDMA, Equalizer CDMA, OFDMA Cancellerr奉址沁i仁込左mimo NOMA沁濁星捽初F rq 仕訂它啊陽(yáng)伍izj 訃犬止打 彩d m JO 補(bǔ)址 蚣介丿II八的貨4 M:打M

6、L.ici >甲* 忑u $丿丄i趙j z m21 e ni耳vLa rae path 上法ffl? N0MM1耒黯G務(wù)動(dòng)通信網(wǎng)伴中的應(yīng)用-,來(lái)源：NTT DOCOMOT2014年9月發(fā)布的尸口壬”療7彳卜Y八一NOMA的另一優(yōu)點(diǎn)是，無(wú)需知道每個(gè)信道的 CSI （信道狀態(tài)信息），從而有望 在高速移動(dòng)場(chǎng)景下獲得更好的性能，并能組建更好的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)回程鏈路。2. FBMC （濾波組多載波技術(shù)）在OFDM系統(tǒng)中，各個(gè)子載波在時(shí)域相互正交，它們的頻譜相互重疊，因而 具有較高的頻譜利用率。OFDM技術(shù)一般應(yīng)用在無(wú)線系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸中，在OFDM系統(tǒng)中，由于無(wú)線信道的多徑效應(yīng)，從而使符號(hào)間產(chǎn)生干擾。為了

7、消除符號(hào)問(wèn)干擾 （ISI），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，即發(fā)送第 一個(gè)符號(hào)后停留一段時(shí)間（不發(fā)送任何信息），接下來(lái)再發(fā)送第二個(gè)符號(hào)。在 OFDM 系統(tǒng)中，這樣雖然減弱或消除了符號(hào)間干擾，由于破壞了子載波間的正交性，從而 導(dǎo)致了子載波之間的干擾（ICI）。因此，這種方法在OFDM系統(tǒng)中不能采用。在OFDM 系統(tǒng)中，為了既可以消除ISI，又可以消除ICI，通常保護(hù)間隔是由CP（Cycle Prefix ， 循環(huán)前綴來(lái)）充當(dāng)。CP是系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)，不傳輸有效數(shù)據(jù)，從而降低了頻譜效率。r-inputIFFTchannel1 (CP)OFDMAinputbd+敢字1channel

8、FBMC.J."i ir 冃.y而FBMC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 （循環(huán)前綴），較大的提高了頻率效率IOFDM 和 F對(duì)比*沒(méi)有循壞覦霾.提高顏潸效率3. 毫米波(millimetre waves ，mmWaves)什么叫毫米波？頻率 30GHz到300GHz,波長(zhǎng)范圍10到1毫米由于足夠量的可用帶寬，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，可以連接大量設(shè)備。以下圖為例：Network4G基站 cellular tower藍(lán)色手機(jī)處于4G小區(qū)覆蓋邊緣，信號(hào)較差，且有建筑物(房子)阻擋

9、，此時(shí), 就可以通過(guò)毫米波傳輸，繞過(guò)建筑物阻擋，實(shí)現(xiàn)高速傳輸。同樣，粉色手機(jī)同樣可以使用毫米波實(shí)現(xiàn)與 4G小區(qū)的連接，且不會(huì)產(chǎn)生干擾。當(dāng)然，由于綠色手機(jī)距離 4G小區(qū)較近，可以直接和 4G小區(qū)連接。4. 大規(guī)模 MIMO 技術(shù)(3D /Massive MIMO )MIMO 技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于 WIFI、LTE等。理論上，天線越多，頻譜效率和傳輸可靠性就越高。大規(guī)模MIMO技術(shù)可以由一些并不昂貴的低功耗的天線組件來(lái)實(shí)現(xiàn)，為實(shí)現(xiàn) 在高頻段上進(jìn)行移動(dòng)通信提供了廣闊的前景，它可以成倍提升無(wú)線頻譜效率，增強(qiáng) 網(wǎng)絡(luò)覆蓋和系統(tǒng)容量，幫助運(yùn)營(yíng)商最大限度利用已有站址和頻譜資源。我們以一個(gè)20平方厘米的天線物理平

10、面為例，如果這些天線以半波長(zhǎng)的間距排列在一個(gè)個(gè)方格中，貝V:如果工作頻段為3.5GHz，就可部署16副天線；如工作頻段為10GHz，就可部署169根天線。20cm*20cm天線物理平面20cm20cmXST«XXXXLTE 3D-MIMO Massive MIMOAntenna element 印白 ci ng (d)3.5 GHz (2 = 8.6 cm)10 GHz (2 = 3 cm)20 GHz(2 二 1.5 cm)0.5 2161696760.7 29d1“3613D-MIMO 技術(shù)在原有的MIMO基礎(chǔ)上增加了垂直維度，使得波束在空間上 三維賦型，可避免了相互之間的干擾。

11、配合大規(guī)模MIMO，可實(shí)現(xiàn)多方向波束賦型。 a.- . rv口 口 一 口 口 一 口5. 認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)( Cognitive radio spectrum sensing techniques)認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)最大的特點(diǎn)就是能夠動(dòng)態(tài)的選擇無(wú)線信道。在不產(chǎn)生干擾的前 提下，手機(jī)通過(guò)不斷感知頻率，選擇并使用可用的無(wú)線頻譜。 Alternative available reso'.'rcps Old broken link6. 超寬帶頻譜信道容量與帶寬和SNR成正比，為了滿足5G網(wǎng)絡(luò)Gpbs級(jí)的數(shù)據(jù)速率，需要 更大的帶寬頻率越高，帶寬就越大，信道容量也越高。因此，高頻段連續(xù)帶寬成為5G的必然選擇。得益于一些有效提升頻譜效率的技術(shù)(比如：大規(guī)模 MIMO )，即使是采用相 對(duì)簡(jiǎn)單的調(diào)制技術(shù)(比如QPSK),也可以實(shí)現(xiàn)在1Ghz的超帶寬上實(shí)現(xiàn)lOGpbs的傳 輸速率。7. ultra-de nse Het nets（超密度異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)）立體分層網(wǎng)絡(luò)(HetNet )是指，在宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)層中布放大量微蜂窩(Microcell )、微微蜂窩(Picocell )、毫微微蜂窩(Femtocell )等接入點(diǎn)，來(lái)滿足數(shù)據(jù)容量增長(zhǎng) 要求。到了 5G時(shí)代，更多的物-物連接接入網(wǎng)絡(luò)，HetNet的密度將會(huì)大大增加。8. 多技術(shù)載波聚合(multi-te