MIMO/毫米波/FBMC 5G技术许许多今天只捡关键说

        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。