MIMO/毫米波/FBMC 5G技术许许多今天只捡关键说
发布时间:2022-05-22 08:12:23
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。
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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 * 的移动互联网。
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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。
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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。
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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。
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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 * ,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) * 实现正确解调。虽然,采用SIC技术的 * 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 * 的复杂度来换取频谱效率。
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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。
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