鐘林鋼

摘要：5G將是全頻譜接入，到5G，技術和頻譜將與頻段解耦，將有一個統(tǒng)一的空口技術，統(tǒng)一的無線網(wǎng)絡，低頻的宏蜂窩，中高頻的微蜂窩，高頻的本地接入，對于最終用戶來說，感受不到是采用什么接入技術，也感受不到是許可頻段還是免許可頻段。

關鍵詞：5G;關鍵技術;許可頻段

一、5G發(fā)展背景

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)，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。本文收集了5大關鍵技術，分別對這些技術作簡要介紹

二、5G的關鍵技術

1、非正交多址接入技術（Non-Orthogonal Multiple Access，NOMA）

NOMA不同于傳統(tǒng)的正交傳輸，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技術實現(xiàn)正確解調。與正交傳輸相比，接收機復雜度有所提升，但可以獲得更高的頻譜效率。非正交傳輸?shù)幕舅枷胧抢脧碗s的接收機設計來換取更高的頻譜效率，隨著芯片處理能力的增強，將使非正交傳輸技術在實際系統(tǒng)中的應用成為可能。NOMA的思想是，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。

2、濾波組多載波技術（FBMC）

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（Millimeter Waves ，mm Waves）

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?；诤撩撞ǖ囊苿油ㄐ呕爻?，在采用毫米波信道作為移動通信的回程后，疊加型網(wǎng)絡的組網(wǎng)就將具有很大的靈活性（筆者注：相對于有線方式的移動通信回程。因為在未來的5G時代，小/微基站的數(shù)目將非常龐大，而且部署方式也將非常復雜），可以隨時隨地根據(jù)數(shù)據(jù)流量增長需求部署新的小基站，并可以在空閑時段或輕流量時段靈活、實時關閉某些小基站，從而可以收到節(jié)能降耗之效。

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。

具體而言，當前LTE 基站的多天線只在水平方向排列，只能形成水平方向的波束，并且當天線數(shù)目較多時，水平排列會使得天線總尺寸過大從而導致安裝困難。而5G 的天線設計參考了軍用相控陣雷達的思路，目標是更大地提升系統(tǒng)的空間自由度?；谶@一思想的LSAS 技術，通過在水平和垂直方向同時放置天線，增加了垂直方向的波束維度，并提高了不同用戶間的隔離（如圖1 所示）。同時，有源天線技術的引入還將更好地提升天線性能，降低天線耦合造成能耗損失，使LSAS 技術的商用化成為可能。

由于LSAS 可以動態(tài)地調整水平和垂直方向的波束，因此可以形成針對用戶的特定波束，并利用不同的波束方向區(qū)分用戶?；贚SAS的3D 波束成形可以提供更細的空域粒度，提高單用戶MIMO 和多用戶MIMO 的性能。

基于3D 波束成形技術的用戶區(qū)分，大規(guī)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(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根天線了。

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(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。

三、5G未來前景

5G時代的技術特征主要有三點：一是大容量，不僅是大家常說的1000倍容量增長，還包括用戶接入速率最高可達10Gbps，實現(xiàn)光纖般的接入體驗，使得用戶感受不到時延，與網(wǎng)絡“零距離”;二是大規(guī)模接入數(shù)量，5G不僅提供H2H的服務，還包括M2M、H2M，而未來的增長很大程度上來自于Internet of Things，這不僅帶來技術上的變化，還會給商業(yè)模式也帶來巨大的變革。

為了支撐無線業(yè)務持續(xù)增長，以及支撐ICT產(chǎn)業(yè)迎接大數(shù)據(jù)的挑戰(zhàn)，5G無線網(wǎng)絡將會在2020-2030年間投入運營。其中最關鍵的驅動因素是未來十年內1000倍的無線數(shù)據(jù)流量增長、1000億鏈接的物鏈網(wǎng)無線聯(lián)網(wǎng)的新商機、以及全頻譜無線接入所帶來的超高速無線鏈接。這樣的高速無線鏈接能給用戶帶來光纖般的體驗——10 G bit每秒——比當今市面上最快的移動終端還要快100倍！以此實現(xiàn)信息管道的極致境界：超寬帶，零等待，全智能，終端客戶與網(wǎng)絡的距離將完全消失。

參考文獻

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