5G在无线通信引用的新技术.pdf

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1、本文档仅用于通信从业者学习交流5G 相比 4G，从需求上来说，最大的不同是什么？高速率，大连接数，低时延。那么所有新加入的技术一定是为以上三个需求服务的，好，我们来一个一个的捋。首先，我们来看看 5G 相比 4G 少了什么技术，答案就一个：Turbo 码。关注 5G 的同学应该都知道这个新闻：美国时间 2016 年 11 月 17 日凌晨 0 点 45 分，在 3GPP RAN1 87 次会议的 5G 短码方案讨论中，华为公司的 Polar Code（极化码）方案，最终战胜美国的 LDPC 和法国的 Turbo2.0方案，成为 5G 控制信道 eMBB（增强移动宽带）场景编码最终方案。这是国人

2、在 5G 关键技术上的一次重大突破。本文档仅用于通信从业者学习交流至此，不论长码还是短码，Turbo 都被打败了，不对，应该说是法国人、欧洲人被打败了。关于胜者，也就是 LDPC 和 Polar，下面会详细介绍，这里就先按下不表了。其次，我们来聊聊 5G 相比 4G 新加入的一些技术。mmWave：也就是毫米波，频率大约为。由于 3Ghz 以下的频段已经使用殆尽，没有多余的频段可供 5G 来使用，而且 5G 需要的带宽动不动就几百 M，所以只能往高频方向发展了。但是频率越高，损耗越大，这就带来了一个问题，随着频率的升高，覆盖性能会越来越差。那么有没有什么办法让我们既能使用高频率的毫米波，又能够

3、使覆盖性能不降低、甚至增强呢？答案当然是：有，即 Massive MIMO。Massive MIMO。MIMO 大家都知道，即多个天线端口同时收发，这样就带来了分集增益，4G 时代一般 4 天线、8 天线等用的比较多。那么大规模 MIMO 是什么呢？顾名思义，就是很多天线同时收发，这个“很多”多到多少呢？答案如下：也就是说当使用 30Ghz 频点时，基站最多可使用 256 个天线同时收发。使用 70Ghz 频点时，基站最多可使用 1024 根天线。这么多天线，那效果比起 4G 那简直杠杠的。不过对于终端来说，把这么多天线塞进巴掌大的终端里有点不现实，毕竟成本不便宜啊。所以估计在实际使用中会采用

4、 MU-MIMO 的模式。本文档仅用于通信从业者学习交流大规模 MIMO 是不是很屌啊，但是它也带来了一些问题。比如我“当天线数越来越多的时候，波束将变得越来越窄，覆盖区域会受到影响”，什么意思呢？请看下图：上面这幅图中，从左到右分别是 1 个天线，2 个天线和很多（懒得数）个天线时的波束。我们可以看到，当只使用 1 根天线时，其无线信号是向四面八方均匀覆盖的，手机 1,2,3 收到的信号强度是均等的。使用 2 根天线时，信号覆盖就有了一定的方向性，正下方的信号覆盖要强于左右和上方。而使用很多根天线时，波束变的更加集中，覆盖区域变成了一条大宝剑（咦？感觉怪怪的）。这个时候 2号手机能够得到更强

5、的覆盖，但是 1 和 3 号手机就收不到信号了。那么有没有办法解决上面这个问题呢？答案依然是：有，请看 BeamManagement。BeamManagement。这个翻译成中文应该叫波束管理吧。这个功能原理简单：基站在各个方向上都发特定的类似参考信号的东西，终端检测并给基站一个反馈，从而基站就知道了终端的方向。不过虽然原理简单，但是这个实现起来还是有一定难度的，因为我们需要尽量快的确定每个终端的方向，关于波束管理的一些具体细节，暂时还不能确定。本文档仅用于通信从业者学习交流LDPC编码。前面我们说过，5G 摒弃了 4G 时所采用的 Turbo 编码，换成了什么呢？就是这个 LDPC 码。那么

6、为什么要换？LDPC 码相比 Turbo 码好在哪？主要原因有两个：1）最重要的原因是高通牛逼，人家说用啥就用啥，支持 Turbo的法国人怂了。2）由于 Turbo 编码的引入了交织等操作，所以在码长较长时，复杂度提升， 时延就会变得很大。然而开头我们说了，低时延是 5G 的三个需求之一，所以 Turbo 显得有些力不从心。而 LDPC 就不一样，由于它的校验矩阵的稀疏性，使得它的译码算法时延较短，在长码时比 Turbo 有明显优势。所以 5G 摒弃 Turbo 改用 LDPC 也是有一定道理的。第三，有哪些东西是4G中已经应用，5G拿来修改了一下接着用的。ULWaveform。我们知道，在

7、4G 系统，下行采用 OFDMA，上行采用SC-FDMA。这是由于 OFDM 的峰均比高，对设备硬件要求比较严格，为了降低手机成本，大家商量后决定 4G 系统的上行传输不用 OFDM，而用 SC-FDMA的方式。那么 5G 时代，用什么多址方式呢？这两年关于 5G 用什么多址复用方式的争论很多，各个公司都变着法儿的炒作新概念。不过这个月 R15 协议出来以后，我发现这方面并没有大的变化。一个较大的改变是上行支持 OFDM 和DFT-S-OFDM。另外，4G 中子载波间隔是固定为 15Khz 的，但是由于 5G 在高频，可使用的带宽很大，所以引入了一个新名词：numerology（我还不知道咋翻

8、译，谁知道告诉我一声）。这个词是什么意思呢？看下面这个表（38.211里面的表）就清楚了：5G 中，子载波间隔不像 4G 时代固定为 15Khz，而是可变的，但一个 RB 还是 12 个子载波，这个没变。本文档仅用于通信从业者学习交流SubframeStructure。我们知道，4G 中一个无线帧为 10ms，一个子帧为 1ms，一个 slot为 0.5ms。到了 5G，无线帧和子帧的长度没有变化，依然为 10ms 和1ms。但是 slot 长度变成了可配置的，其值依赖于两个个参数：和 slotconfiguration。看下面的图：当为,0，slot configuration 为 0 时，

9、1 个无线帧包含 10 个子帧，1 个子帧包含 1 个 slot，1 个 slot 包含 14 个 symbol。如下图所示。本文档仅用于通信从业者学习交流当为 1，slot configuration 为 0 时，就变成了下面的情况：1 个子帧包含两个 slot，每个 slot 都有 14 个 symbol，也就是说 1 个子帧包含 28 个 symbol。以此类推，当配成 5，slot configuration 配成 0 时，1 个子帧最多可以有32*14=448 个 symbol，比 symbol 多了 10 几倍呢。这就给速率成倍提升带来了可能性。本文档仅用于通信从业者学习交流HARQ。5G 引入了 self-contained 子帧的概念，即 HARQ 周期从 4G 时代的最小 4ms，缩短为 1ms 之内。这就为超低的时延提供了一些帮助。