MIMO/毫米波/FBMC 5G技術(shù)許許多今天只撿關(guān)鍵說(shuō)

        距2020年5G正式商用越來(lái)越近，按照預(yù)期，5G最終的傳輸速率將可實(shí)現(xiàn)1Gb/s。另一方面，視頻、直播等帶來(lái)了爆發(fā)式的數(shù)據(jù)流，加之與日俱增的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量，4G已漸漸不能滿足這些應(yīng)用需求，因此我們急需5G的到來(lái)。很多人將其視為一場(chǎng)革命，確切而言，5G技術(shù)更像是4G的一種延續(xù)。其中，支撐5G的相關(guān)技術(shù)許許多，本期我們將撿其重點(diǎn)為大家介紹一二。

　　實(shí)際上，移動(dòng)通信的每一次技術(shù)演進(jìn)都是從需求與應(yīng)用角度出發(fā)。30年來(lái)，全球移動(dòng)通信共經(jīng)歷了4代發(fā)展，從第一代的語(yǔ)音，到第二代的語(yǔ)音+文本，再到第三代的多媒體，現(xiàn)階段的第四代的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)。

　　對(duì)于5G技術(shù)，其最顯著的特點(diǎn)就是大數(shù)據(jù)、眾連接與場(chǎng)景體驗(yàn)。所謂大數(shù)據(jù)，即是數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)速率高、數(shù)據(jù)服務(wù)為主，為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供支持，而眾連接則指大量的物聯(lián)網(wǎng)終端用戶接入，提供連接一切的能力；至于場(chǎng)景體驗(yàn)，顧名思義就是提供對(duì)應(yīng)不同場(chǎng)景的高用戶體驗(yàn)。

　　未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)，將面對(duì)1000倍的數(shù)據(jù)容量增長(zhǎng)，10至100倍的無(wú)線設(shè)備連接以及用戶速率需求，5G要如何實(shí)現(xiàn)這些？其實(shí)，5G的關(guān)鍵技術(shù)多集中在無(wú)線部分，本期我們從所收集的5G技術(shù)中，挑出幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)與各位分享。當(dāng)然了，應(yīng)該遠(yuǎn)不止這些。

FBMC濾波組多載波技術(shù)

　　在OFDM系統(tǒng)中，各子載波在時(shí)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(shù)一般應(yīng)用在無(wú)線系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸中，然而由于無(wú)線信道的多徑效應(yīng)，使得符號(hào)間產(chǎn)生了干擾。為消除符號(hào)間干擾（ISl），而在符號(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，也就是發(fā)送第一個(gè)符號(hào)后停留一段時(shí)間，再發(fā)送第二個(gè)符號(hào)。在OFDM系統(tǒng)中，這樣做雖減弱或消除了符號(hào)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(shí)又可以消除ICI，通常保護(hù)間隔是由CP（Cycle Prefix)充當(dāng)。CP是系統(tǒng)開(kāi)銷，不傳輸有效數(shù)據(jù)，來(lái)降低頻譜效率。FBMC則是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，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(wǎng)絡(luò)Gpbs級(jí)的數(shù)據(jù)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(shù)，即使是采用相對(duì)簡(jiǎn)單的調(diào)制技術(shù)，5G也可以實(shí)現(xiàn)在1Ghz的超帶寬上達(dá)到10Gpbs的傳輸速率。

大規(guī)模MIMO技術(shù)

　　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(shù)？MIMO技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于WIFI、LTE等，而我們最熟悉的可能要屬無(wú)線路由器，在產(chǎn)品參數(shù)中我們經(jīng)常會(huì)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(shù)經(jīng)歷了從無(wú)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(shí)現(xiàn)頻譜效率提升數(shù)十倍甚至更高，是目前5G技術(shù)重要的研究方向之一。

　　大規(guī)模MIMO技術(shù)可通過(guò)一些低價(jià)位低功耗的天線組件來(lái)實(shí)現(xiàn)，為在高頻段上進(jìn)行移動(dòng)通信提供了廣闊前景，它可以成倍提升無(wú)線頻譜效率，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋與系統(tǒng)容量，幫助運(yùn)營(yíng)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(gòu)網(wǎng)絡(luò)

　　HetNet立體分層網(wǎng)絡(luò)，指的是在宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)，用以滿足數(shù)據(jù)容量增長(zhǎng)要求。而待跨入到5G時(shí)代，更多的“物-物”連接接入網(wǎng)絡(luò)，屆時(shí)HetNet網(wǎng)絡(luò)的密度也會(huì)大大增加。

多技術(shù)載波聚合

　　再來(lái)說(shuō)說(shuō)多技術(shù)載波聚合（multi-technology carrier aggregation）。大概是3GPP R12已經(jīng)提到多技術(shù)載波聚合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。從發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)會(huì)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，最終將實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物間的無(wú)縫連接。

非正交多址接入技術(shù)（NOMA）

　　3G采用的是直接序列碼分多址（Direct Sequence CDMA ，DS-CDMA）技術(shù)，手機(jī)接收端使用Rake接收器，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(lái)解決手機(jī)與小區(qū)之間的遠(yuǎn)-近問(wèn)題。

　　NOMA的基本思想是在發(fā)送端采用非正交發(fā)送，主動(dòng)引入干擾信息，在接收端通過(guò)串行干擾刪除（SIC）接收機(jī)實(shí)現(xiàn)正確解調(diào)。雖然，采用SIC技術(shù)的接收機(jī)復(fù)雜度有一定的提高，但是可以很好地提高頻譜效率。其本質(zhì)是用提高接收機(jī)的復(fù)雜度來(lái)?yè)Q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(guò)這部分內(nèi)容。毫米波，頻率30GHz到300GHz，波長(zhǎng)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(shù)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(shè)備。

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