未来5G技术下的新空口技术

1、7A 版优质实用文档 未来 5G 技术下的新空口技术 摘要： 2017 年，俗称“巴展”的世界移动通信大会 (MWC) 还没落下帷幕，关于 5G 的各种报道霸屏各大网站， 5G 俨然已成今年展会的“红人”。大会开幕当 天，全球多家移动通信企业宣布，将共同支持加速 5G 新空口(5GNR) 标准化进 程，以推动于 2019 年尽早实现 5G 新空口的大规模试验和部署。 关键词： 5G5G 新空口技术 2017 年，俗称“巴展”的世界移动通信大会 (MWC) 还没落下帷幕，关于 5G 的各种报道霸屏各大网站， 5G 俨然已成今年展会的“红人”。大会开幕当 天，全球多家移动通信企业宣布，将共同支持加

2、速 5G 新空口(5GNR) 标准化进 程，以推动于 2019 年尽早实现 5G 新空口的大规模试验和部 对于 5G 我们早已耳熟能详，但是刚提到的 5G 新空口技术又是什么 ?所谓 空口，指的是移动终端到基站之间的连接协议， 是移动通信标准中一个至关重要 的标准。我们都知道， 3G 时代的空口核心技术是 CDMA ，4G 的空口核心技术 是 OFDM 。5G 时代的应用将空前繁荣， 不同应用对空口技术要求也是复杂多样 的，因此最重要的当然是灵活性和应变能力， 一个统一的空口必须能解决所有问 题，灵活适配各种业务， F-OFDM 与 SCMA 正是构建 5G 自适应新空口的基础。 且说 5G

3、新空口技术 新波形 F-OFDM(FilteredOFDM) 基础波形的设计是实现统一空口的基础，同时兼顾灵活性和频谱的利用效 率。4G 的 OFDMO 满足不了 5G 时代的要求。 OFDM 将高速率数据通过串 /并 7A 版优质实用文档 7A 版优质实用文档 转换调制到相互正交的子载波上去， 并引入循环前缀， 较好地解决了令人头疼的 码间串扰问题，在 4G 时代大放异彩，但 OFDM 最主要的问题就是不够灵活。 未来，不同的应用对空口技术的要求迥异， 例如毫秒级时延的车联网业务要求极 短的时域 Symbol 和 TTI，这就需要频域较宽的子载波间隔。 F-OFDM 能为不同 业务提供不同的

4、子载波间隔和 Numerology ，以满足不同业务的时频资源需求。 此时不同带宽的子载波之间本身不再具备正交特性，需要引入保护带宽，例如 OFDM 就需要 10% 的保护带宽，这样一来， F-OFDM 的灵活性是保证了， 频谱 利用率会不会降低 ?正所谓鱼与熊掌不可兼得，灵活性与系统开销一向是一对矛 盾。但是， F-OFDM 通过优化滤波器的设计大大降低了带外泄露，不同子带之 间的保护带开销可以降至 1% 左右，不仅大大提升了频谱的利用效率，也为将来 利用碎片化的频谱提供了可能。 总的来说， F-OFDM 在继承了 OFDM 的全部优点 (频谱利用率高、适配 MIMO 等)的基础上，又克服了

5、 OFDM 的一些固有缺陷，进一步提升了灵活性 和频谱利用效率，是实现 5G 空口切片的基础技术。 新多址技术 SCMA(SparseCodeMultipleAccess) 多址技术决定了空口资源的分配方式， 也是进一步提升连接数和频谱效率的 关键。通过 F-OFDM 已经实现了在频域和时域的资源灵活复用，并把保护带宽 降到了最小，那么为了进一步压榨频谱效率，还有哪些域的资源可以复用?最容 易想到的自然是空域和码域。空分复用的 MIMO 技术在 LTE 时代就提出来了， 在 5G 时代会通过更多的天线数来进一步发扬光大。 那码域呢，在 LTE时代它好 像被遗忘了，在 5G 时代能否再现辉煌 ?

6、 7A 版优质实用文档 7A 版优质实用文档 SCMA 正是采用这一思路，引入稀疏码本，通过码域的多址实现了连接数 的 3 倍提升。 SCMA 通过引入稀疏码域的非正交，在可接受的复杂度前提下，经过外场 测试验证，相比 OFDMA ，上行可以提升 3 倍连接数，下行采用码域和功率域 的非正交复用，可显著提升下行用户的吞吐率超过 50% 以上。同时，由于 SCMA 允许用户存在一定冲突，结合免调度技术可以大幅降低数据传输时延，以满足 1ms 的空口时延要求。 新编码技术 PolarCode 编码技术的终极目标香农极限：信道编码的目标，是以尽可能小的开 销确保信息的可靠传送。 在同样的误码率下，

7、所需要的开销越小， 编码效率越高， 自然频谱效率也越高。 对于信道编码技术的研究者而言， 香农极限是无数人皓首 穷经、孜孜以求的目标。在过去的半个多世纪中提出了多种纠错码技术，例如 RS码、卷积码、 Turbo 码和 LDPC 码等，并在各种通信系统中进行了广泛应用， 但是以往所有实用的编码方法都未能达到香农极限， 直到 PolarCode 横空出世。 PolarCode 基本原理： 20GG 年，土耳其比尔肯大学教授 ErdalArikan 首次 提出了信道极化的概念， 基于该理论， 他给出了人类已知的第一种能够被严格证 明达到香农极限的信道编码方法，并命名为极化码 (PolarCode)

8、。这一突破如一 道闪电，划破漫长而又黑暗的夜空，在编码技术史上具有划时代的意义。 Polar 码具有明确而简单的编码和译码算法。 通过信道编码学者的不断努力， 当前 Polar 码所能达到的纠错性能超过目前广泛使用的 Turbo 码和 LDPC 码。 Polar 码的优点，首先是相比 Turbo 码更高的增益，在相同的误码率前提下， 实测 Polar 码对信噪比的要求要比 Turbo 码低 0.51.2dB ，更高的编码效率等 7A 版优质实用文档 7A 版优质实用文档 同于频谱效率的提升。其次， Polar 码得益于汉明距离和 SC 算法设计的好，因 此没有误码平层， 可靠性相比 Turbo

9、 码大大提升 （Turbo 码采用的是次优译码算 法，所以有误码平层 ），对于未来 5G 超高可靠性需求的业务应用 （例如远程实时 操控和无人驾驶等 ），能真正实现 99.999% 的可靠性，解决垂直行业可靠性的难 题。第三，PolarCode 的译码采用了基于 SC 的方案，因此译码复杂度也大大降 低，这样终端的功耗就大大降低了，在相同译码复杂度情况下相比 Turbo 码可 以降低功耗 20 多倍，对于功耗十分敏感的物联网传感器而言，可以大大延长电 池寿命。 简单总结下这 3 大空口物理层技术： F-OFDM 是实现统一空口的基础波形， 结合灵活的 Numerology 以实现空口切片。 S

10、CMA 和 PolarCode 在 F-OFDM 的基础上，进一步提升了连接数、 可靠性和频谱效率，满足了 ITU 对 5G 的能力 要求。因此，这 3 大物理层关键技术成为构建华为 5G 新空口理念的基石。 5G 技术的落地 今年我们看到越来越多有关于 5G 应用或服务等解决方案开始落地。 比如今 年 MWC 会上的英特尔展台，他们展出了如何在无人驾驶、智慧城市、 VR/AR 虚拟增强现实领域、智能家居中整合 5G 网络。诺基亚则展出了在工业、体育、 智能家居中基于 5G 的解决方案以及 5G 如何帮助机器人高效工作。高通展出了 基于 5G 的汽车定位技术， 同时宣布和中国移动、 中兴通讯共

11、同开展基于 5GNR 新空口标准的场外测试。 华为在介绍 5G 技术时也尝试从用户、运营商的角度分析网络建设场景方案， 同时开设专门的 5G+VR 演示区供参观者体验。 中兴展台首次展示了千兆手机在 7A 版优质实用文档 7A 版优质实用文档 AR、游戏、云存储、 APP 等方面的使用场景。 此前，爱立信也曾宣布和 Verizon 合作在美国多个城市中实测 5G 网络，从相对保守的实验室测试中走了出来。 这些只是展会上关于 5G 技术演示的冰山一角，但让人欣慰的是，曾经高高 在上的 5G 如今似乎变得触手可及。对于消费者来说，人们终于有机会在 MWC 这样的舞台上深入浅出地感受到什么是 5G

12、。 从 1G 走到 5G 速的 还是孩童时代的小编那就听说过 1G 时代拥有一个“大哥大”的土豪形象 到如今 5G 正准备走进我们的生活， 在感叹时光飞逝之余，更惊叹于通信技术飞 。最后让我们回顾下陪伴我们一起成长的通信技术。 图是从 1G 到 5G 的时间表。 1G 是“大哥大”横行的时代， 1986 年，第一套移动通讯系统在美国芝加 哥诞生，采用模拟讯号传输，模拟式为代表在无线传输采用模拟式的 FM 调制， 将介于 300Hz 到 3400Hz 的语音转换到高频的载波频率 MHz 上。此外，1G 只 能应用在一般语音传输上，且语音品质低、讯号不稳定、涵盖范围也不够全面。 在第 1 代行动通

13、信系统在国内刚刚建立的时候，我们很多人手中拿的还是 大块头的摩托罗拉 8000G ，俗称大哥大，当年谁有一个大哥大那是去到哪都要 显摆的。 2G 是诺基亚崛起的时代。到了 1995 年，新的通讯技术成熟，国内也在中 华电信的引导下， 正式挥别 1G ，进入了 2G 的通讯时代。 从 1G 跨入 2G 则是从 7A 版优质实用文档 7A 版优质实用文档 模拟调制进入到数字调制， 相较而言， 第二代移动通信具备高度的保密性， 系统 的容量也在增加，同时从这一代开始手机也可以上网了。 2G 时代也是移动通信 标准争夺的开始， GSM 脱颖而出成为最广泛采用的移动通信制式。 3G时代， CDMA 大行

14、其道。 3G之下，有了高频宽和稳定的传输，影像电 话和大量数据的传送更为普遍，行动通讯有更多样化的应用， 因此 3G 被视为是 开启行动通讯新纪元的重要关键。 而支持 3G 网络的平板电脑也是在这个时候出 现，苹果， 联想和华硕等都推出了一大批优秀的平板产品。 中国于 20GG 年的 1 月 7 日颁发了 3 张 3G 牌照，分别是中国移动的 TD-SCDMA ，中国联通的 WCDMA 和中国电信的 WCDMA20GG 。 4G 4G 是指第四代无线蜂窝电话通讯协议， 是集 3G 与 WLAN 于一体并能够传 输高质量视频图像以及图像传输质量与高清晰度电视不相上下的技术产品。 系统能够以 100Mbps 的速度下载，比拨号上网快 20GG 倍，上传的速度也能 达到 20Mbps 。如今 4G 信号覆盖已非常广泛， 支持 TD-LTE 、FDD-LTE 的手机、 平板产品越来越多，很多平板，并成为标配，支持通话功能、网络