5G技术发展与优势

作者：李万彬

来源：《中国新通信》 2017年第10期

【摘要】 随着科学技术不断发展，5G 的研发投入越来越大，5G 存在着先天的技术优势，下面我们具体来分析一下。

【关键词】 移动通信 5G 优势

一、引言

5G 的发展区域成熟，然而5G 存在哪些技术优势和特点值得我们去研究和推广呢？下面进行阐述。

二、 5G 技术优势

优势1：实现2n 子载波间隔扩展的可扩展OFDM 参数配置

实现2n 子载波间隔扩展的可扩展OFDM 参数配置5GNR 设计中最重要的决定之一是选择无线电波形和多址接入技术。在已经评估并且将继续评估多种方式的同时，通过广泛研究发现，正交频分复用(OFDM) 体系 — 具体来说包括循环前缀正交频分复用(CP-OFDM)1 和离散傅里叶变换扩频正交频分复用(DFT-S OFDM)2 — 是面向5G 增强型移动宽带(eMBB) 和更多其他场景的正确选择。由于LTE 在下行链路中使用OFDM 并且在上行链路中使用DFT-S OFDM，研究表明[1]，上行链路支持DFT-S-OFDM 和CP OFDM 具有优势，基于场景自适应切换对于DFT-S OFDM 的链路预算和MIMO空间复用都有好处。最近3GPP NR 第14 版研究项目同意在eMBB 下行链路中支持CP-OFDM 并且针对eMBB 上行链路DFT-S-OFDM 与CP-OFDM 形成互补。

优势2：灵活、动态、自给式TDD 子帧设计

5G NR 设计的另一个关键组件是将支持网络运营商在相同频率上高效复用构想的（和无法预料的）[2]5G 服务的灵活框架。针对该5G NR 框架设计的关键组件是自给式集成子帧，通过在相同子帧（例如，以TDD 下行链路为中心的子帧）内包含数据传输和后解码确认来实现更低延迟。有了5G NR自给式集成子帧，每个传输都是在一个时期内完成的模块化事物（例如，下行授权 > 下行数据 > 保护时间 > 上行确认）。除更低延迟之外，该模块化子帧设计支持前向兼容性、自适应UL/DL 配置、先进互易天线技术（例如，基于快速上行探测的下行大规模MIMO 导向）以及通过增加子帧头（例如，免授权频谱的竞争解决头）支持的其他使用场景 — 让该项发明成为满足许多5G NR 需求的关键技术。

优势3：先进、灵活的LDPC 信道编码

连同可扩展参数配置和灵活的5G NR 服务框架，物理层设计应包括可提供稳健性能和灵活性的高效信道编码方案。尽管Turbo 码一直非常适合3G 和4G，从复杂性和实现角度来看，当扩展到极高吞吐量和更大块长度时，低密度奇偶校验码(LDPC) 具有优势。此外，LDPC 编码已被证明，对于需要一个高效混合ARQ 体系的无线衰落信道来说，它是理想的解决方案[3]。因此，最近3GPP 选定先进的LDPC 作为eMBB 数据信道编码方案。

优势4：先进大规模MIMO 天线技术

5G 设计还促进MIMO 天线技术发展。通过智能地使用更多天线，可以提升网络容量和覆盖面。即，更多空间数据流可以显著提高频谱效率（例如，借助多用户大规模MIMO），支持每赫兹传输更多比特，并且智能波束成形和波束跟踪可以通过在特定方向聚焦射频能量来扩展基站范围[4]。已展示5G NR 大规模MIMO 技术将如何在具有3D 波束成形能力的基站，利用2D 天线阵列开启6 GHz 以下频谱的更高频段。借助快速互易TDD 大规模MIMO，测试结果显示，面向在3 GHz 至5GHz 频段工作的5G NR 新部署重用现有宏蜂窝基站是可行的。全新多用户大规模MIMO 设计的这些测试结果显示，容量和小区边缘用户吞吐量显著提升，这对提供更统一的5G 移动宽带用户体验很关键。5G 设计不仅面向宏/ 小型基站部署支持使用3 至6 GHz 频段的更高频率，而且将面向移动宽带开辟24 GHz 以上频段毫米波新机会。在这些高频上可用的充裕频谱能够提供将重塑数据体验的极致数据速度和容量。

优势5：先进频谱共享技术

频谱是移动通信最重要的资源，获得更多频谱意味着网络可以提供更高用户吞吐量和容量。但是频谱稀缺，我们必须寻找充分利用现有资源的创新方式[5]。今天，我们正开创频谱共享技术，例如LTE-U/LAA、LWA、LSA、CBRS 和MulteFire。5G NR 设计为原生支持全部频谱类型，灵活地利用潜在频谱共享新范式，因帧结构的设计具有前向兼容性。这创造在5G 中将频谱共享提升到新水平的创新机会。这些创新将提供更多可用频谱，但也通过支持可动态适应载荷工况的协作式分层共享机制提高总体利用率。

结论：这仅仅是开始，这五大关键优势仅仅是成为我们5G 设计一部分的几项惊人发明。如果没有合适的硬件、软件和固件推动，它们将只是纸上概念。因此还需要对硬件平台、软件定义无线电等领域进一步研究，加快5G 前进的步伐。