超密集異構網絡部署、D2D通信、大規(guī)模MIMO、非正交多址接入技術、FBMC（濾波組多載波技術），除了以上五個，其實還有毫米波（millimetre waves ，mmWaves)、認知無線電技術（Cognitive radio spectrum sensing techniques）、超寬帶頻譜、多技術載波聚合等關鍵技術

大規(guī)模MIMO是關鍵之一。。

PConline 雜談】距2020年5G正式商用越來越近，按照預期，5G最終的傳輸速率將可實現1Gb/s。另一方面，視頻、直播等帶來了爆發(fā)式的數據流，加之與日俱增的聯網設備數量，4G已漸漸不能滿足這些應用需求，因此我們急需5G的到來。很多人將其視為一場革命，確切而言，5G技術更像是4G的一種延續(xù)。其中，支撐5G的相關技術許許多，本期我們將撿其重點為大家介紹一二。

實際上，移動通信的每一次技術演進都是從需求與應用角度出發(fā)。30年來，全球移動通信共經歷了4代發(fā)展，從第一代的語音，到第二代的語音+文本，再到第三代的多媒體，現階段的第四代的移動互聯網。

對于5G技術，其最顯著的特點就是大數據、眾連接與場景體驗。所謂大數據，即是數據量大、數據速率高、數據服務為主，為移動互聯網的發(fā)展提供支持，而眾連接則指大量的物聯網終端用戶接入，提供連接一切的能力；至于場景體驗，顧名思義就是提供對應不同場景的高用戶體驗。

未來的網絡，將面對1000倍的數據容量增長，10至100倍的無線設備連接以及用戶速率需求，5G要如何實現這些？其實，5G的關鍵技術多集中在無線部分，本期我們從所收集的5G技術中，挑出幾個關鍵技術與各位分享。當然了，應該遠不止這些。

FBMC濾波組多載波技術

在OFDM系統(tǒng)中，各子載波在時域相互正交，其頻譜相互重疊，因此具有較高的頻譜利用率，該技術一般應用在無線系統(tǒng)的數據傳輸中，然而由于無線信道的多徑效應，使得符號間產生了干擾。為消除符號間干擾（ISl），而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，也就是發(fā)送第一個符號后停留一段時間，再發(fā)送第二個符號。在OFDM系統(tǒng)中，這樣做雖減弱或消除了符號間干擾，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，同時又可以消除ICI，通常保護間隔是由CP（Cycle Prefix)充當。CP是系統(tǒng)開銷，不傳輸有效數據，來降低頻譜效率。FBMC則是利用一組不交疊的帶限子載波實現多載波傳輸，FMC對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網絡Gpbs級的數據傳輸速率，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，即使是采用相對簡單的調制技術，5G也可以實現在1Ghz的超帶寬上達到10Gpbs的傳輸速率。

大規(guī)模MIMO技術

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？MIMO技術已經廣泛應用于WIFI、LTE等，而我們最熟悉的可能要屬無線路由器，在產品參數中我們經常會看到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。

多天線技術經歷了從無源到有源，從二維(2D)到三維(3D)，從高階MIMO到大規(guī)模陣列的發(fā)展，將有望實現頻譜效率提升數十倍甚至更高，是目前5G技術重要的研究方向之一。

大規(guī)模MIMO技術可通過一些低價位低功耗的天線組件來實現，為在高頻段上進行移動通信提供了廣闊前景，它可以成倍提升無線頻譜效率，增強網絡覆蓋與系統(tǒng)容量，幫助運營商最大限度的利用已有站址和頻譜資源。

ultra-dense Hetnets超密度異構網絡

HetNet立體分層網絡，指的是在宏蜂窩網絡層中布放大量Microcell微蜂窩、Picocell微微蜂窩、Femtocell毫微微蜂窩等接入點，用以滿足數據容量增長要求。而待跨入到5G時代，更多的“物-物”連接接入網絡，屆時HetNet網絡的密度也會大大增加。

多技術載波聚合

再來說說多技術載波聚合（multi-technology carrier aggregation）。大概是3GPP R12已經提到多技術載波聚合技術標準。從發(fā)展趨勢來看，未來的網絡會是一個融合的網絡，載波聚合技術不但要實現LTE內載波間的聚合，還要擴展到與3G、WIFI等網絡的融合。多技術載波聚合技術與HetNet一起，最終將實現萬物間的無縫連接。

非正交多址接入技術（NOMA）

3G采用的是直接序列碼分多址（Direct Sequence CDMA ，DS-CDMA）技術，手機接收端使用Rake接收器，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)來解決手機與小區(qū)之間的遠-近問題。

NOMA的基本思想是在發(fā)送端采用非正交發(fā)送，主動引入干擾信息，在接收端通過串行干擾刪除（SIC）接收機實現正確解調。雖然，采用SIC技術的接收機復雜度有一定的提高，但是可以很好地提高頻譜效率。其本質是用提高接收機的復雜度來換取頻譜效率。

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這部分內容。毫米波，頻率30GHz到300GHz，波長范圍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，能連接大量設備。

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

全新頻譜

寬頻支持大帶寬

兵馬未動，糧草先行。頻譜是無線通信技術的基礎資源。未來全球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，形成了少數幾個全球統(tǒng)一頻段，大大降低了終端（手機）支持全球漫游的復雜度。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采用更為先進的符號成型技術，如Filter-OFDM，降低了頻譜邊緣保護帶的開銷，相比4G，在同樣的標稱帶寬下，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

多天線的使用帶來了空間復用增益，可以大幅度提升容量。但對于特定終端，能支持的復用層數，受限于接收天線的數目�，F在大家所使用的終端（手機）標配的接收天線數目為兩個，因此能支持最大復用層數為兩層。未來使用4收天線的終端將成為主流。5G NR將標配的接收天線數目提升了一倍。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，補齊上行覆蓋短板

通過C-band大帶寬和多天線接收技術，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)的上行覆蓋受限嚴重。如果和現有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帶來的更高速率體驗。

上下行解耦就是針對這一問題提出的創(chuàng)新頻譜使用技術，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空閑頻譜的無線資源，一舉兩得，以通用的方案應用于NSA和SA的模式，使得提供5G基礎覆蓋的同時，又能節(jié)省運營商部署成本，是加速5G部署的必備特性。

華為與英國領先運營商EE在倫敦商用網絡上進行了上下行解耦的外場試驗，試驗結果表明，采用了上下行解耦后，3.5GHz的覆蓋半徑提升了73%，在用戶體驗提升10倍的前提下達到了與1.8GHz的同覆蓋。

全新物理層技術框架

保障系統(tǒng)靈活性有效性

●新波形

LTE下行支持CP-OFDM（沒有DFT預變換）波形，上行僅支持DFT-s-OFDM的波形。NR在此基礎上在上行也引入了CP-OFDM的波形，可以支持更加靈活的數據調度。同時NR的系統(tǒng)帶寬利用率最高可達97%（LTE為90%），增加了運營商的頻譜利用價值。

●靈活的空口設置

和前代通信技術使用固定的15KHz子載波間隔和1ms的子幀長度相比，5G NR引入了更加靈活的空口設置，比如靈活的子載波間隔（數據在不同band上支持15KHz到120KHz的子載波間隔）和靈活的幀結構（全下行，全上行，下行為主和上行為主的幀結構），以適應不同的信道類型和業(yè)務類型。并且不同的業(yè)務類型（如eMBB和uRLLC）可以通過FDM的方式同時發(fā)送，提高了系統(tǒng)傳輸的靈活性。

●增強的多天線技術

5G NR引入了多項多天線增強技術，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：

對于單用戶而言，基于非碼本的上行傳輸機制，減少了前代通信技術使用碼本進行預編碼，所產生的量化誤差，可提供更精確的信道信息，有效的增強上行頻譜效率；

對于多用戶而言，相對于LTE所支持的4流，5G NR上下行支持正交12流的多用戶配對，并且通過增強的干擾測量和反饋技術，可顯著提高上下行頻譜效率。

對于TDD來說，探測參考信號 （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，進一步提升TDD系統(tǒng)的信道反饋精度和頻譜效率；

增強小區(qū)覆蓋： 

5G NR采用波束賦型的測量和反饋機制，可同時應用于初始接入、控制和數據信道。波束賦型（Beamforming）是多天線技術的一種，是指gNodeB/UE對PDSCH/PUSCH（Physical Downlink /Uplink Shared CHannel）上/下行信號進行加權，形成對準UE/gNodeB的窄波束，將發(fā)射能量對準目標用戶，從而提高目標UE/gNodeB的解調信噪比。

對于初始接入來說，改進了LTE時期基于廣播的機制，升級為基于波束賦型的機制，從而提高了系統(tǒng)覆蓋率；采用波束賦形，可增強控制信道的覆蓋范圍，從而擴大了小區(qū)半徑，也可以提高傳輸成功率，尤其適應于高頻傳輸。

此外，還有增強的導頻設計，如解調導頻、相位跟蹤導頻和時頻跟蹤導頻，相對于LTE來說，可以有效地減小開銷，提供更精確信道的信息。

●全新的信道編碼

和前代通信技術數據信道用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，即數據信道用LDPC編碼，控制信道和廣播信道用Polar編碼。這一改進可以提高NR信道編碼效率，適應5G大數據量，高可靠性和低時延的傳輸需求。    

●CU-DU 分離技術

通過引入中央控制單元（Central Unit）,一方面，在業(yè)務層面可以實現無線資源的統(tǒng)一管理、移動性的集中控制，從而進一步提高網絡性能；另一方面，在架構層面，CU既可以靈活集成到運營商云平臺，也可以專有硬件環(huán)境上用云化思想設計，實現資源池化、部署自動化，降低OPEX/CPAX的同時提升客戶體驗。