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解讀 5G 八大關鍵技術

作者:時間:2020-09-02來源:TE傳知學院收藏

不是一次革命, 是 4G 的延續,我相信 在核心網部分不會有太大的變動,5G 的關鍵技術集中在無線部分。

本文引用地址:http://www.303263.tw/article/202009/417829.htm

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?未來的網絡將會面對:1000倍的數據容量增長,10到 100倍的無線設備連接,10 到 100 倍的用戶速率需求,10 倍長的電池續航時間需求等等。坦白的講,4G網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,我相信 5G 在核心網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)來解決手機和小區之間的遠-近問題。而 4G 網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,極大的提高了數據速率。由于多用戶正交,手機和小區之間就不存在遠-近問題,快速功率控制就被舍棄,而采用 AMC(自適應編碼)的方法來實現鏈路自適應。NOMA 希望實現的是,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多用戶復用。實現多用戶在功率域的復用,需要在接收端加裝一個 SIC(持續干擾消除),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射信號進行疊加,從而提高信號增益。它能夠讓同一小區覆蓋范圍的所有移動設備都能獲得最大的可接入帶寬,可以解決由于大規模連接帶來的網絡挑戰。NOMA 的另一優點是,無需知道每個信道的 CSI(信道狀態信息),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點回程鏈路。

2. FBMC(濾波組多載波技術)

在 OFDM 系統中,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的數據傳輸中,在 OFDM系統中,由于無線信道的多徑效應,從而使符號間產生干擾。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,即發送第一個符號后停留一段時間(不發送任何信息),接下來再發送第二個符號。在 OFDM系統中,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系統中不能采用。在OFDM系統中,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 ,循環前綴來)充當。CP 是系統開銷,不傳輸有效數據,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(循環前綴),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。

4. 大規模 MIMO 技術(3D /Massive MIMO)

MIMO 技術已經廣泛應用于 WIFI、LTE 等。理論上,天線越多,頻譜效率和傳輸可靠性就越高。大規模 MIMO 技術可以由一些并不昂貴的低功耗的天線組件來實現,為實現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,增強網絡覆蓋和系統容量,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。

5.認知無線電技術(Cognitive radio spectrum sensing techniques)

認知無線電技術最大的特點就是能夠動態的選擇無線信道。在不產生干擾的前提下,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 網絡 Gpbs 級的數據速率,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:大規模 MIMO),即使是采用相對簡單的調制技術(比如 QPSK),也可以實現在 1Ghz 的超帶寬上實現 10Gpbs 的傳輸速率。

7. ultra-dense Hetnets(超密度異構網絡)

立體分層網絡(HetNet)是指,在宏蜂窩網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,來滿足數據容量增長要求。到了 5G 時代,更多的物-物連接接入網絡,HetNet 的密度將會大大增加。

8. 多技術載波聚合(multi-technology carrier aggregation)

如果沒有記錯,3GPP R12 已經提到這一技術標準。未來的網絡是一個融合的網絡,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,終將實現萬物之間的無縫連接。




關鍵詞: 5G

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