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，從起初發展截止現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展5G網絡，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，本文根據目前我國5G全頻譜接入技術的現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

隨著科技的發展，在物聯網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，據資料顯示5G的網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，相鄰小區會進行干擾協助消除，根據業務調整上下行子幀;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，同時傳輸多流數據，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根據配對條件進行UE配對實現在同一個數據資源上傳多個用戶下行數據流，滿足大面積區域覆蓋的前提下仍然可以使覆蓋區域獲得較高容量。

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網、工業控制物聯網或其他行業的特殊需求，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，適應不同業務，降低時延。

侵入式空口調度，EAI機制可以實現uRLLC業務對eMBB資源打孔。

HARQ協議重傳在上一次傳輸之后的任何可用時間上進行，接收方會把重傳數據和初傳數據合并，合并成功就反聵傳新數據。

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50bit/hz。F-OFDM 的基本原理是將系統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與其他波形共存。F-OFDM 根據場景的動態劃分為不同的子帶，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，業務信道和控制信道采用LDPC+Polar 編碼形成無誤碼平臺。收發調制解調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，蜂窩小區自動判斷和識別移動端的動態使用的高低頻譜;從而保障小區覆蓋范圍內信號質量。

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

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，也充分體現出研發推進第五代通信技術的必要性。隨著全球相關通信企業的對5G的共同合作研發不斷推進，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）.