5G全頻譜接入技術的淺析

王棟 白清公

摘 要： 隨著電子技術的迅速發(fā)展，蜂窩通信信號由最初被人們接觸運用的模擬通信逐漸改善進化為2G、3G，直到演變成目前已經廣泛普遍應用于生活的4G，從起初發(fā)展截止現(xiàn)在蜂窩移動通信經歷了四代技術的積累，我國相關研究人員也在積極研究發(fā)展5G網(wǎng)絡，從2012年起，我國的5G全頻譜接入技術的研究與實驗也在隨著時代要求不斷地推進，本文根據(jù)目前我國5G全頻譜接入技術的現(xiàn)狀進行分析與初步的討論。

關鍵詞： 5G全頻譜接入技術;F-OFDM;上下行頻率解耦

隨著科技的發(fā)展，在物聯(lián)網(wǎng)和新技術應用的推動下，當前利用頻譜資源的技術手段已經不能滿足和適應時代的快速發(fā)展。因此尋找和研究新的頻譜利用方式迫在眉睫，而5G時代也應發(fā)展需求而生，作為5G無線關鍵技術之一的全頻譜技術也顯得尤為突出，同時也充分體現(xiàn)出全頻譜接入技術對移動通信的重要性。

1 5G全頻譜接入技術的現(xiàn)狀

5G是第五代移動通信技術，它是第四代移動通信技術之后的延伸，據(jù)資料顯示5G的網(wǎng)絡理論下速度達到了10Gb/s，10Gb/s相當于下載的速度為1.25Gb/s。我國IMT-2020推進組召開了關于5G概念的白皮書發(fā)布會，介紹了5G需求、技術、頻譜與國際合作等多個方面的重要發(fā)展階段以及最新的研究成果與突破。

作為第五代移動通信技術的無線關鍵技術的全頻譜接入包含了6GHz以下的低頻段和6GHz以上的高頻段，而其中5G的核心頻段則是低頻段，用于無縫覆蓋;高頻段則作為輔助用來覆蓋區(qū)域熱點速度的提升。全頻譜接入采用的是高頻與低頻共存相關技術，充分結合低頻與高頻各自的優(yōu)點將其融合在一起，使之達到覆蓋面無縫隙、熱點速率高且容量大的特點。目前全頻譜技術研究的方向主要是將高頻段應用于蜂窩通信方面，由于高頻信號在移動條件下較容易受障礙而影響覆蓋，雖然它能夠提升熱點的速率，但是單純依靠它顯得覆蓋能力有限，為此5G整合了一系列的優(yōu)化頻譜技術。

2 5G全頻譜技術的特點

2.1 增強型移動寬帶

5G比4G加強了增強型移動寬帶工作方式，采用靈活雙工技術，相鄰小區(qū)會進行干擾協(xié)助消除，根據(jù)業(yè)務調整上下行子幀;采用全雙工的時候，接收端進行干擾消除運算，如反轉抵消編碼。

多用戶虛擬MIMO，通過多個UE配對復用相同的上行資源，同時傳輸多流數(shù)據(jù)，提高吞吐量。采用三維波束賦形，在水平方向和垂直方向都隨著UE位置進行調整。多用戶虛擬BF根據(jù)配對條件進行UE配對實現(xiàn)在同一個數(shù)據(jù)資源上傳多個用戶下行數(shù)據(jù)流，滿足大面積區(qū)域覆蓋的前提下仍然可以使覆蓋區(qū)域獲得較高容量。

2.2 超高可靠低延時通信

5G為特殊場合提供毫秒級別的低延時和無誤差服務如車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制物聯(lián)網(wǎng)或其他行業(yè)的特殊需求，由靈活的空口技術提供保障。

時隙聚合調度，一次可以調度多個時隙，適應不同業(yè)務，降低時延。

侵入式空口調度，EAI機制可以實現(xiàn)uRLLC業(yè)務對eMBB資源打孔。

HARQ協(xié)議重傳在上一次傳輸之后的任何可用時間上進行，接收方會把重傳數(shù)據(jù)和初傳數(shù)據(jù)合并，合并成功就反聵傳新數(shù)據(jù)。

2.3 高效新波形

目前4G LTE采用OFDM頻譜效率已經達到5bit/hz，在5G中采用新波型F-OFDM子帶濾波正交頻分復用的頻譜效率理論上可以實現(xiàn)50bit/hz。F-OFDM 的基本原理是將系統(tǒng)帶寬劃分為若干子帶，子帶之間存在靈活可變的保護間隔，同時子帶根據(jù)實際QoE報文大小需求配置不同的子帶帶寬。各子帶通過子帶濾波器進行濾波，從而實現(xiàn)各子帶波形的解耦。F-OFDM 每個子帶傳送不易干擾和帶外泄露，不僅能提升頻譜使用效率，還可以有效利用零散頻譜實現(xiàn)與其他波形共存。F-OFDM 根據(jù)場景的動態(tài)劃分為不同的子帶，下行依然可以使用單載波分散模式;上行采用復用模式，比如近端使用CP-OFDM，此時基站可以不用為UE分配頻域連續(xù)的子載波;遠端用戶上行采用DF-S-OFDM波形。只在每個子帶配置不同的 TTI、子載波間隔和 CP 長度等，從而實現(xiàn)靈活自適應的 5G 空口技術。

為了進一步提高頻譜效率，5G的擴頻技術使用了3G成熟的SCMA稀疏碼分復用技術能達到4個子波承載6個用戶的能力，業(yè)務信道和控制信道采用LDPC+Polar 編碼形成無誤碼平臺。收發(fā)調制解調5G使用256QAM頻率效率比64QAM效率提高33%。

2.4 低頻與高頻混合接入

混合組網(wǎng)技術是5G通信技術重要特點，一方面5G采用上下行頻率解耦技術。下行功率輸出采用高頻波段有覆蓋保障;上行采用頻率共享，蜂窩小區(qū)自動判斷和識別移動端的動態(tài)使用的高低頻譜;從而保障小區(qū)覆蓋范圍內信號質量。

另一方面在混合組合網(wǎng)中采用了控制面與數(shù)據(jù)面分離的技術，使終端處于熱點區(qū)域時由低頻蜂窩移動網(wǎng)絡負責控制面數(shù)據(jù)的傳輸，由高頻蜂窩移動網(wǎng)絡負責數(shù)據(jù)面的傳輸;而當終端處于非熱點區(qū)域時，低頻高頻則互換工作，使無論在熱點還是非熱點區(qū)都能夠達到數(shù)據(jù)的快速準確傳輸。

3 結語

可以說全頻譜接入技術是第五代移動通信技術的核心階段，5G同時滿足了速率、流量密度、可靠性等多個方面的共同需求，也充分體現(xiàn)出研發(fā)推進第五代通信技術的必要性。隨著全球相關通信企業(yè)的對5G的共同合作研發(fā)不斷推進，與此同時全頻譜接入技術也會隨之有更大的進展與突破，相信不久5G會來到我們身邊改變我們的時代。

參考文獻：

[1]張洪麗.淺議5G無線通信技術概念及相關技術[J].通訊世界，2015，（12）.