超密集异构网络部署、D2D通信、大规模MIMO、非正交多址接入技术、FBMC（滤波组多载波技术），除了以上五个，其实还有毫米波（millimetre waves ，mmWaves)、认知无线电技术（Cognitive radio spectrum sensing techniques）、超宽带频谱、多技术载波聚合等关键技术

大规模MIMO是关键之一。。

PConline 杂谈】距2020年5G正式商用越来越近，按照预期，5G最终的传输速率将可实现1Gb/s。另一方面，视频、直播等带来了爆发式的数据流，加之与日俱增的联网设备数量，4G已渐渐不能满足这些应用需求，因此我们急需5G的到来。很多人将其视为一场革命，确切而言，5G技术更像是4G的一种延续。其中，支撑5G的相关技术许许多，本期我们将捡其重点为大家介绍一二。

实际上，移动通信的每一次技术演进都是从需求与应用角度出发。30年来，全球移动通信共经历了4代发展，从第一代的语音，到第二代的语音+文本，再到第三代的多媒体，现阶段的第四代的移动互联网。

对于5G技术，其最显著的特点就是大数据、众连接与场景体验。所谓大数据，即是数据量大、数据速率高、数据服务为主，为移动互联网的发展提供支持，而众连接则指大量的物联网终端用户接入，提供连接一切的能力；至于场景体验，顾名思义就是提供对应不同场景的高用户体验。

未来的网络，将面对1000倍的数据容量增长，10至100倍的无线设备连接以及用户速率需求，5G要如何实现这些？其实，5G的关键技术多集中在无线部分，本期我们从所收集的5G技术中，挑出几个关键技术与各位分享。当然了，应该远不止这些。

FBMC滤波组多载波技术

在OFDM系统中，各子载波在时域相互正交，其频谱相互重叠，因此具有较高的频谱利用率，该技术一般应用在无线系统的数据传输中，然而由于无线信道的多径效应，使得符号间产生了干扰。为消除符号间干扰（ISl），而在符号间插入保护间隔。

插入保护间隔的一般方法是符号间置零，也就是发送第一个符号后停留一段时间，再发送第二个符号。在OFDM系统中，这样做虽减弱或消除了符号间干扰，却破坏了子载波间的正交性，因此造成子载波之间的干扰（ICI）。因此，此种方法在OFDM系统中并不能采用。

为了既可以消除ISI，同时又可以消除ICI，通常保护间隔是由CP（Cycle Prefix)充当。CP是系统开销，不传输有效数据，来降低频谱效率。FBMC则是利用一组不交叠的带限子载波实现多载波传输，FMC对于频偏引起的载波间干扰非常小，不需要CP，极大提高了频率效率。

超宽带频谱

要知道，信道容量与带宽和SNR（信噪比）成正比，因此为了满足5G网络Gpbs级的数据传输速率，就需要有更大的带宽在其背后做支持。频率越高，带宽就越大，信道容量也就越高。因此，高频段连续带宽成为5G的必然选择。

此外，得益于例如大规模MIMO等一些有效提升频谱效率的技术，即使是采用相对简单的调制技术，5G也可以实现在1Ghz的超带宽上达到10Gpbs的传输速率。

大规模MIMO技术

在上一段落中，我们提到了大规模MIMO，那么何为大规模MIMO技术？MIMO技术已经广泛应用于WIFI、LTE等，而我们最熟悉的可能要属无线路由器，在产品参数中我们经常会看到MIMO字样。理论上讲，天线越多频谱效率和传输可靠性也就越高。

多天线技术经历了从无源到有源，从二维(2D)到三维(3D)，从高阶MIMO到大规模阵列的发展，将有望实现频谱效率提升数十倍甚至更高，是目前5G技术重要的研究方向之一。

大规模MIMO技术可通过一些低价位低功耗的天线组件来实现，为在高频段上进行移动通信提供了广阔前景，它可以成倍提升无线频谱效率，增强网络覆盖与系统容量，帮助运营商最大限度的利用已有站址和频谱资源。

ultra-dense Hetnets超密度异构网络

HetNet立体分层网络，指的是在宏蜂窝网络层中布放大量Microcell微蜂窝、Picocell微微蜂窝、Femtocell毫微微蜂窝等接入点，用以满足数据容量增长要求。而待跨入到5G时代，更多的“物-物”连接接入网络，届时HetNet网络的密度也会大大增加。

多技术载波聚合

再来说说多技术载波聚合（multi-technology carrier aggregation）。大概是3GPP R12已经提到多技术载波聚合技术标准。从发展趋势来看，未来的网络会是一个融合的网络，载波聚合技术不但要实现LTE内载波间的聚合，还要扩展到与3G、WIFI等网络的融合。多技术载波聚合技术与HetNet一起，最终将实现万物间的无缝连接。

非正交多址接入技术（NOMA）

3G采用的是直接序列码分多址（Direct Sequence CDMA ，DS-CDMA）技术，手机接收端使用Rake接收器，因其具备非正交的特性，就需要使用快速功率控制（Fast transmission power control ，即TPC)来解决手机与小区之间的远-近问题。

NOMA的基本思想是在发送端采用非正交发送，主动引入干扰信息，在接收端通过串行干扰删除（SIC）接收机实现正确解调。虽然，采用SIC技术的接收机复杂度有一定的提高，但是可以很好地提高频谱效率。其本质是用提高接收机的复杂度来换取频谱效率。

毫米波

之所以把毫米波放在文章的最后，原因在于笔者在前阵刚刚介绍过这部分内容。毫米波，频率30GHz到300GHz，波长范围1到10毫米的电磁波。具备充足的可用带宽，较高的天线增益，毫米波技术可以支持超高速的传输率，且波束窄，灵活可控，能连接大量设备。

在毫米波频段中，28GHz与60GHz是最有望应用在5G通信的两个频段。其中，28GHz的可用频谱带宽可达1GHz，60GHz每个信道的可用信号带宽则可达2GHz。毫米波的独有特性，使其在传播时不易受到自然光和热辐射源的影响，不光是通信，其还可应用于雷达、制导等诸多领域，应用前景广阔。

全新频谱

宽频支持大带宽

兵马未动，粮草先行。频谱是无线通信技术的基础资源。未来全球5G先发频段是C-band（频谱范围为3.3GHz-4.2GHz， 4.4GHz-5.0GHz）和毫米波频段26GHz/28GHz/39GHz。相应地，3GPP量身打造了n77，n78，n79，n257，n258和n260。

5G采用了宽频方式定义频段，形成了少数几个全球统一频段，大大降低了终端（手机）支持全球漫游的复杂度。5G的最大带宽由20MHz，增加到在C-band上最大支持100MHz，在毫米波上最大支持400MHz。相当于路宽了，下载或上传的速度将大幅提升。另外，5G采用更为先进的符号成型技术，如Filter-OFDM，降低了频谱边缘保护带的开销，相比4G，在同样的标称带宽下，传输带宽有了明显的提升。

全新终端形态

多天线提升下行速率

多天线的使用带来了空间复用增益，可以大幅度提升容量。但对于特定终端，能支持的复用层数，受限于接收天线的数目。现在大家所使用的终端（手机）标配的接收天线数目为两个，因此能支持最大复用层数为两层。未来使用4收天线的终端将成为主流。5G NR将标配的接收天线数目提升了一倍。相比2收、4收终端可以大幅提升下行速率。

●上下行解耦技术，补齐上行覆盖短板

通过C-band大带宽和多天线接收技术，用户享受了更快的下载速率，但由于C-Band的传输特性，以及终端上行发射功率等限制，5G小区的上行覆盖受限严重。如果和现有1.8GHz的LTE共站部署，覆盖有明显短板，只有小区中心的部分用户才能享受5G带来的更高速率体验。

上下行解耦就是针对这一问题提出的创新频谱使用技术，3GPP中的正式名称是 LTE-NR UL coexistence，用LTE低频空闲频谱共享给NR上行使用，既弥补了C-Band以及高频在上行覆盖上的不足，又充分利用了LTE空闲频谱的无线资源，一举两得，以通用的方案应用于NSA和SA的模式，使得提供5G基础覆盖的同时，又能节省运营商部署成本，是加速5G部署的必备特性。

华为与英国领先运营商EE在伦敦商用网络上进行了上下行解耦的外场试验，试验结果表明，采用了上下行解耦后，3.5GHz的覆盖半径提升了73%，在用户体验提升10倍的前提下达到了与1.8GHz的同覆盖。

全新物理层技术框架

保障系统灵活性有效性

●新波形

LTE下行支持CP-OFDM（没有DFT预变换）波形，上行仅支持DFT-s-OFDM的波形。NR在此基础上在上行也引入了CP-OFDM的波形，可以支持更加灵活的数据调度。同时NR的系统带宽利用率最高可达97%（LTE为90%），增加了运营商的频谱利用价值。

●灵活的空口设置

和前代通信技术使用固定的15KHz子载波间隔和1ms的子帧长度相比，5G NR引入了更加灵活的空口设置，比如灵活的子载波间隔（数据在不同band上支持15KHz到120KHz的子载波间隔）和灵活的帧结构（全下行，全上行，下行为主和上行为主的帧结构），以适应不同的信道类型和业务类型。并且不同的业务类型（如eMBB和uRLLC）可以通过FDM的方式同时发送，提高了系统传输的灵活性。

●增强的多天线技术

5G NR引入了多项多天线增强技术，大幅提高了频谱效率、小区覆盖和系统灵活性。

提高频谱效率：

对于单用户而言，基于非码本的上行传输机制，减少了前代通信技术使用码本进行预编码，所产生的量化误差，可提供更精确的信道信息，有效的增强上行频谱效率；

对于多用户而言，相对于LTE所支持的4流，5G NR上下行支持正交12流的多用户配对，并且通过增强的干扰测量和反馈技术，可显著提高上下行频谱效率。

对于TDD来说，探测参考信号 （SRS） 可以在不同的载波之间，或者同一载波的不同天线之间切换发送，利用信道互易性，进一步提升TDD系统的信道反馈精度和频谱效率；

增强小区覆盖： 

5G NR采用波束赋型的测量和反馈机制，可同时应用于初始接入、控制和数据信道。波束赋型（Beamforming）是多天线技术的一种，是指gNodeB/UE对PDSCH/PUSCH（Physical Downlink /Uplink Shared CHannel）上/下行信号进行加权，形成对准UE/gNodeB的窄波束，将发射能量对准目标用户，从而提高目标UE/gNodeB的解调信噪比。

对于初始接入来说，改进了LTE时期基于广播的机制，升级为基于波束赋型的机制，从而提高了系统覆盖率；采用波束赋形，可增强控制信道的覆盖范围，从而扩大了小区半径，也可以提高传输成功率，尤其适应于高频传输。

此外，还有增强的导频设计，如解调导频、相位跟踪导频和时频跟踪导频，相对于LTE来说，可以有效地减小开销，提供更精确信道的信息。

●全新的信道编码

和前代通信技术数据信道用turbo码、控制信道用TBCC等编码方式相比，5G NR采用了全新的信道编码方式，即数据信道用LDPC编码，控制信道和广播信道用Polar编码。这一改进可以提高NR信道编码效率，适应5G大数据量，高可靠性和低时延的传输需求。    

●CU-DU 分离技术

通过引入中央控制单元（Central Unit）,一方面，在业务层面可以实现无线资源的统一管理、移动性的集中控制，从而进一步提高网络性能；另一方面，在架构层面，CU既可以灵活集成到运营商云平台，也可以专有硬件环境上用云化思想设计，实现资源池化、部署自动化，降低OPEX/CPAX的同时提升客户体验。