主頁（http://www.130131.com）：解讀5G八大關(guān)鍵技術(shù) 在進(jìn)入主題之前，我覺得首先應(yīng)該弄清楚一個(gè)問題：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�，才有�?G。什么需求？ 未來的網(wǎng)絡(luò)將會(huì)面對(duì)：1000倍的數(shù)據(jù)容量增長，10到100倍的無線設(shè)備連接，10到100倍的用戶速率需求，10倍長的電池續(xù)航時(shí)間需求等等。坦白的講，4G網(wǎng)絡(luò)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(huì)有太大的變動(dòng)，5G的關(guān)鍵技術(shù)集中在無線部分。雖然5G最終將采用何種技術(shù)，目前還沒有定論。不過，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-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(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)來解決手機(jī)和小區(qū)之間的遠(yuǎn)-近問題。 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題，而且和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實(shí)現(xiàn)多用戶復(fù)用。
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)。
NOMA可以利用不同的路徑損耗的差異來對(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)模連接帶來的網(wǎng)絡(luò)挑戰(zhàn)。
NOMA的另一優(yōu)點(diǎn)是，無需知道每個(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(yīng)，從而使符號(hào)間產(chǎn)生干擾。為了消除符號(hào)問干擾(ISl)，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)充當(dāng)。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(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。
3. 毫米波（millimetre waves ，mmWaves) 什么叫毫米波？頻率30GHz到300GHz,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(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：
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，此時(shí)，就可以通過毫米波傳輸，繞過建筑物阻擋，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面為例，如果這些天線以半波長的間距排列在一個(gè)個(gè)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(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。配合大規(guī)模MIMO，可實(shí)現(xiàn)多方向波束賦型。
5.認(rèn)知無線電技術(shù)（Cognitive radio spectrum sensing techniques） 認(rèn)知無線電技術(shù)最大的特點(diǎn)就是能夠動(dòng)態(tài)的選擇無線信道。在不產(chǎn)生干擾的前提下，手機(jī)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(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)10Gpbs的傳輸速率。 7. ultra-dense Hetnets（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)，來滿足數(shù)據(jù)容量增長要求。
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-technology carrier aggregation） 如果沒有記錯(cuò)，3GPP R12已經(jīng)提到這一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。 未來的網(wǎng)絡(luò)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，終將實(shí)現(xiàn)萬物之間的無縫連接。 (中國集群通信網(wǎng) | 責(zé)任編輯：陳曉亮) |
