5G八大關鍵技術

1、5G八大關鍵技術在進入主題之前，我覺得首先應該弄清楚一個問題：為什么需要5G？不是因為通信工程師們突然想改變世界，而炮制了一個5G。是因為先有了需求，才有了5G。什么需求？未來的網(wǎng)絡將會面對：1000倍的數(shù)據(jù)容量增長，10到100倍的無線設備連接，10到100倍的用戶速率需求，10倍長的電池續(xù)航時間需求等等。坦白的講，4G網(wǎng)絡無法滿足這些需求，所以5G就必須登場。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)部分不會有太大的變動，5G的關鍵技術集中在無線部分。雖然5G最終將采用何種技術，目前還沒有定論。不過，綜合各大高端論壇討論的焦點，我今天收集了8大關鍵技術。當然，應該遠不止這

2、些。1.非正交多址接入技術 （Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA）我們知道3G采用直接序列碼分多址（Direct Sequence CDMA ，DS-CDMA）技術，手機接收端使用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)來解決手機和小區(qū)之間的遠-近問題。而4G網(wǎng)絡則采用正交頻分多址（OFDM）技術，OFDM不但可以克服多徑干擾問題，而且和MIMO技術配合，極大的提高了數(shù)據(jù)速率。由于多用戶正交，手機和小區(qū)之間就不存在遠-近問題，快速功率控制就被舍棄，而采用AMC（自適應編

3、碼）的方法來實現(xiàn)鏈路自適應。NOMA希望實現(xiàn)的是，重拾3G時代的非正交多用戶復用原理，并將之融合于現(xiàn)在的4G OFDM技術之中。 從2G，3G到4G,多用戶復用技術無非就是在時域、頻域、碼域上做文章，而NOMA在OFDM的基礎上增加了一個維度功率域。新增這個功率域的目的是，利用每個用戶不同的路徑損耗來實現(xiàn)多用戶復用。實現(xiàn)多用戶在功率域的復用，需要在接收端加裝一個SIC（持續(xù)干擾消除），通過這個干擾消除器，加上信道編碼（如Turbo code或低密度奇偶校驗碼（LDPC)等），就可以在接收端區(qū)分出不同用戶的信號。NOMA可以利用不同的路徑損耗的差異來對多路發(fā)射信號進行疊加，從而提高信號增益。它能

4、夠讓同一小區(qū)覆蓋范圍的所有移動設備都能獲得最大的可接入帶寬，可以解決由于大規(guī)模連接帶來的網(wǎng)絡挑戰(zhàn)。NOMA的另一優(yōu)點是，無需知道每個信道的CSI（信道狀態(tài)信息），從而有望在高速移動場景下獲得更好的性能，并能組建更好的移動節(jié)點回程鏈路。2. FBMC（濾波組多載波技術）在OFDM系統(tǒng)中，各個子載波在時域相互正交，它們的頻譜相互重疊，因而具有較高的頻譜利用率。OFDM技術一般應用在無線系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸中，在OFDM系統(tǒng)中，由于無線信道的多徑效應，從而使符號間產(chǎn)生干擾。為了消除符號問干擾(ISl)，在符號間插入保護間隔。插入保護間隔的一般方法是符號間置零，即發(fā)送第一個符號后停留一段時間(不發(fā)送任何信息

5、)，接下來再發(fā)送第二個符號。在OFDM系統(tǒng)中，這樣雖然減弱或消除了符號間干擾，由于破壞了子載波間的正交性，從而導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，通常保護間隔是由CP（Cycle Prefix ，循環(huán)前綴來)充當。CP是系統(tǒng)開銷，不傳輸有效數(shù)據(jù),從而降低了頻譜效率。而FBMC利用一組不交疊的帶限子載波實現(xiàn)多載波傳輸，F(xiàn)MC對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。3. 毫米波（millimetre waves ，mmWaves)什么叫毫米波？頻率30GHz到300

6、GHz,波長范圍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，可以連接大量設備。以下圖為例：藍色手機處于4G小區(qū)覆蓋邊緣，信號較差，且有建筑物（房子）阻擋，此時，就可以通過毫米波傳輸，繞過建筑物阻擋，實現(xiàn)高速傳輸。同樣，粉色手機同樣可以使用毫米波實現(xiàn)與4G小區(qū)的連接，且不會產(chǎn)生干擾。當然，由于綠色手機距離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（3D /Massive MIMO）MIMO技術已經(jīng)廣泛應用于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技術可以由一些并不昂貴的低功耗

7、的天線組件來實現(xiàn)，為實現(xiàn)在高頻段上進行移動通信提供了廣闊的前景，它可以成倍提升無線頻譜效率，增強網(wǎng)絡覆蓋和系統(tǒng)容量，幫助運營商最大限度利用已有站址和頻譜資源。我們以一個20平方厘米的天線物理平面為例，如果這些天線以半波長的間距排列在一個個方格中，則：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。3D-MIMO技術在原有的MIMO基礎上增加了垂直維度，使得波束在空間上三維賦型，可避免了相互之間的干擾。配合大規(guī)模MIMO，可實現(xiàn)多方向波束賦型。5.認知無線電技術（Cognitive radio spectrum sensing techniques）

8、認知無線電技術最大的特點就是能夠動態(tài)的選擇無線信道。在不產(chǎn)生干擾的前提下，手機通過不斷感知頻率，選擇并使用可用的無線頻譜。6.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Gpbs級的數(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（比如：大規(guī)模MIMO），即使是采用相對簡單的調(diào)制技術（比如QPSK),也可以實現(xiàn)在1Ghz的超帶寬上實現(xiàn)10Gpbs的傳輸速率。7. ultra-dense Hetnets（超密度異構網(wǎng)絡）立體分層網(wǎng)絡（HetNet）是指，在宏蜂窩網(wǎng)絡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，來滿足數(shù)據(jù)容量增長要求。到了5G時代，更多的物-物連接接入網(wǎng)絡，HetNet的密度將會大大增加。8. 多技術載波聚合（multi-technology car