深入解析8大关键技术，4大应用场景，看完秒懂5G

未来的网络将会面对：1000倍的数据容量增长，10到100倍的无线设备连接，10到100倍的用户速率需求，10倍长的电池续航时间需求等等。坦白的讲，4G网络无法满足这些需求，所以5G就必须登场。

但是，5G不是一次革命。5G是4G的延续，我相信5G在核心网部分不会有太大的变动，5G的关键技术集中在无线部分。虽然5G最终将采用何种技术，目前还没有定论。不过，综合各大高端论坛讨论的焦点，我今天收集了8大关键技术。当然，应该远不止这些。

八项关键技术

1、非正交多址接入技术 （Non-Orthogonal Multiple Access，NOMA）

我们知道3G采用直接序列码分多址（Direct Sequence CDMA ，DS-CDMA）技术，手机接收端使用Rake接收器，由于其非正交特性，就得使用快速功率控制（Fast transmission power control ，TPC)来解决手机和小区之间的远-近问题。

而4G网络则采用正交频分多址（OFDM）技术，OFDM不但可以克服多径干扰问题，而且和MIMO技术配合，极大的提高了数据速率。

由于多用户正交，手机和小区之间就不存在远-近问题，快速功率控制就被舍弃，而采用AMC（自适应编码）的方法来实现链路自适应。

NOMA希望实现的是，重拾3G时代的非正交多用户复用原理，并将之融合于现在的4G OFDM技术之中。

从2G，3G到4G，多用户复用技术无非就是在时域、频域、码域上做文章，而NOMA在OFDM的基础上增加了一个维度——功率域。

新增这个功率域的目的是，利用每个用户不同的路径损耗来实现多用户复用。

实现多用户在功率域的复用，需要在接收端加装一个SIC（持续干扰消除），通过这个干扰消除器，加上信道编码（如Turbo code或低密度奇偶校验码（LDPC)等），就可以在接收端区分出不同用户的信号。

2、FBMC（滤波组多载波技术）

在OFDM系统中，各个子载波在时域相互正交，它们的频谱相互重叠，因而具有较高的频谱利用率。OFDM技术一般应用在无线系统的数据传输中，在OFDM系统中，由于无线信道的多径效应，从而使符号间产生干扰。

为了消除符号问干扰(ISl)，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，即发送第一个符号后停留一段时间(不发送任何信息)，接下来再发送第二个符号。在OFDM系统中，这样虽然减弱或消除了符号间干扰，由于破坏了子载波间的正交性，从而导致了子载波之间的干扰(ICI)。

因此，这种方法在OFDM系统中不能采用。在OFDM系统中，为了既可以消除ISI，又可以消除ICI，通常保护间隔是由CP（Cycle Prefix ，循环前缀来)充当。CP是系统开销，不传输有效数据，从而降低了频谱效率。

而FBMC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（循环前缀），较大的提高了频率效率。

3、毫米波（millimetre waves ，mmWaves)

什么叫毫米波？频率30GHz到300GHz，波长范围10到1毫米。

由于足够量的可用带宽，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，可以连接大量设备。以下图为例：

蓝色手机处于4G小区覆盖边缘，信号较差，且有建筑物（房子）阻挡，此时，就可以通过毫米波传输，绕过建筑物阻挡，实现高速传输。

同样，粉色手机同样可以使用毫米波实现与4G小区的连接，且不会产生干扰。

当然，由于绿色手机距离4G小区较近，可以直接和4G小区连接。

未来毫米波也会成为5G的关键技术，但因为毫米波频率太高，导致信道太“直”，移动起来不容易对准，另外5G时代的入网设备数量会呈爆发式增长，传统的宏基站变成站点更多密度更大的微基站，是解决这两个问题的有效方法。基站微型化则布设密度会加大。为避免基站之间的频谱互扰，基站的辐射功率谱就会降低，这样手机的辐射小了，待机也长了。

4、大规模MIMO技术（3D /Massive MIMO）

MIMO技术已经广泛应用于WIFI、LTE等。理论上，天线越多，频谱效率和传输可靠性就越高。

大规模MIMO技术可以由一些并不昂贵的低功耗的天线组件来实现，为实现在高频段上进行移动通信提供了广阔的前景，它可以成倍提升无线频谱效率，增强网络覆盖和系统容量，帮助运营商最大限度利用已有站址和频谱资源。

我们以一个20平方厘米的天线物理平面为例，如果这些天线以半波长的间距排列在一个个方格中，则：如果工作频段为3.5GHz，就可部署16副天线；如工作频段为10GHz，就可部署169根天线。。。。。

3D-MIMO技术在原有的MIMO基础上增加了垂直维度，使得波束在空间上三维赋型，可避免了相互之间的干扰。配合大规模MIMO，可实现多方向波束赋型。

5、认知无线电技术（Cognitive radio spectrum sensing techniques）

认知无线电技术最大的特点就是能够动态的选择无线信道。在不产生干扰的前提下，手机通过不断感知频率，选择并使用可用的无线频谱。

6、超宽带频谱

信道容量与带宽和SNR成正比，为了满足5G网络Gpbs级的数据速率，需要更大的带宽。

频率越高，带宽就越大，信道容量也越高。因此，高频段连续带宽成为5G的必然选择。

得益于一些有效提升频谱效率的技术（比如：大规模MIMO），即使是采用相对简单的调制技术（比如QPSK)，也可以实现在1Ghz的超带宽上实现10Gpbs的传输速率。

7、ultra-dense Hetnets（超密度异构网络）

立体分层网络（HetNet）是指，在宏蜂窝网络层中布放大量微蜂窝（Microcell）、微微蜂窝（Picocell）、毫微微蜂窝（Femtocell）等接入点，来满足数据容量增长要求。

到了5G时代，更多的物-物连接接入网络，HetNet的密度将会大大增加。

8、多技术载波聚合（multi-technology carrier aggregation）

如果没有记错，3GPP R12已经提到这一技术标准。

未来的网络是一个融合的网络，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，终将实现万物之间的无缝连接。

5G四大应用场景

1、连续广域覆盖—这是移动通信最基本的覆盖方式，以保证用户的移动性和业务连续性为目标，为用户提供无缝的高速业务体验。该场景的主要挑战在于随时随地(包括小区边缘、高速移动等恶劣环境)为用户提供100Mbps以上的用户体验速率。

2、热点高容量—主要面向局部热点区域，为用户提供极高的数据传输速率，满足网络极高的流量密度需求。1Gbps用户体验速率、数十Gbps峰值速率和数十Tbps/km2的流量密度需求是该场景面临的主要挑战。

3、低功耗大连接—主要面向智慧城市、环境监测、智能农业、森林防火等以传感和数据采集为目标的应用场景，具有小数据包、低功耗、海量连接等特点。这类终端分布范围广、数量众多，不仅要求网络具备超千亿连接的支持能力，满足100万/km2连接数密度指标要求，而且还要保证终端的超低功耗和超低成本。

4.低时延高可靠—主要面向车联网、工业控制等垂直行业的特殊应用需求，这类应用对时延和可靠性具有极高的指标要求，需要为用户提供毫秒级的端到端时延和接近100%的业务可靠性保证。