里妹導讀：5G不僅僅只是網速更快，更多的是生活方式的顛覆，對各行各業都會起到催化作用。5G里不僅僅只有大帶寬，而是會有很多與B端用戶（企業）相結合的點。接下來，跟阿里大文娛的梓爍一起了解5G的關鍵技術。

1. 5G的關鍵技術

5G的核心技術點挺多，包含了很多技術集。稍微了解過5G的同學應該知道5G其實已經定義了三大場景：

• eMBB：增強移動寬帶，顧名思義是針對的是大流量移動寬帶業務；
• URLLC：超高可靠超低時延通信(3G響應為500ms，4G為50ms，5G要求1ms)，這些在自動駕駛、遠程醫療等方面會有所使用；
• mMTC：大連接物聯網，針對大規模物聯網業務。

1.1 eMBB

4G已經那么快了，那么5G里面是怎么樣繼續提升容量的呢？

容量=帶寬*頻譜效率*小區數量

根據這個公式，要提升容量無非三種辦法：提升頻譜帶寬、提高頻譜效率和增加小區數量。增加小區數量意味著建設更多基站，成本太高。

至于頻譜帶寬，中低頻段的資源非常稀缺，因此5G將視野拓展到了毫米波領域，后面會介紹，毫米波頻段高，資源豐富，成為重點開發頻譜區域；除了擴展更多頻譜資源之外，還有一種有效的方式就是更好的利用現有的頻譜，認知無線電經過多年的發展也取得了一些進展，可以利用認知無線電來提高廣電白頻譜的利用率。

白頻譜就是指在特定時間、特定區域，在不對更高級別的服務產生干擾的基礎上，可被無線通信設備或系統使用的頻譜。所謂廣電白頻譜就是指在廣播電視頻段的白頻譜。因為廣播電視信號所在頻段是非常優質的頻段，非常適合廣域覆蓋，因此該頻段認知無線電的應用值得關注。

運營商更喜歡通過提升頻譜效率的方式來提升容量。采用校驗糾錯、編碼方式等辦法接近香農極限速率。相對于4G的Tubor碼，5G的信道編碼更加高效。

4G和WiFi目前使用的調制技術主要是OFDM，這種調制方式的能力相比之前的CDMA等有了大幅的提升，但是OFDMA要求各個資源塊都正交，這將限制資源的使用，因此如果信號不正交也可以正常的解調，那將可以極大的提升系統容量，因此NOMA（non-orthogonal multiple-access）技術應運而生。在調制技術上的提升到了極限后，另一種更有效的方法就是多天線技術了，通過Massive MIMO實現容量的大幅提升。

★ 1.1.1 信道編碼技術

數據編碼方案主要有三個：LDPC碼是美國人提出來的，Polar碼是土耳其一個大學教授提出來的，另外還有歐洲的Turbo2.0碼。

2016年10月，3GPP在葡萄牙里斯本召開了RAN1#86bis會議（以下稱86次會議），在此次國際會議上，以往3G和4G占主導的Turbo幾乎沒有什么支持者，論戰的主角是LDPC和Polar。此次會議中三派就其他陣營提出方案的技術短板進行抨擊，然而LDPC因技術上的優勢而占據上風，獲得了大量支持者，如三星、高通、諾基亞、英特爾、聯想、愛立信、索尼、夏普、富士通、摩托羅拉移動等。而此時只有華為一家還在堅持Polar碼，就算聯想投票給Polar碼也無濟于事。在這一次會議上，LDPC占據了明顯上風，成為5G移動寬帶在數據傳輸部分所采納的方案。

2016年11月，3GPP在美國召開了RAN1#87次會議，此次會議主要討論5G數據信道短碼方案以及5G控制信道方案。最終投票達成的結果，即5G eMBB場景的信道編碼技術方案中，長碼編碼以及和數據信道的上行和下行短碼方案采用高通主推的LDPC碼；控制信道編碼采用華為主推的Polar方案。

5G數據信道追求傳輸速率，主要為大型封包，在此方面LDPC的性能具有明顯優勢，這也是LDPC能順利拿下數據信道長碼的實力所在。關于5G控制信道，因傳輸數據量小，相比于速度更注重可靠性，在此方面Polar碼有重要優勢，加之中國廠商（包括聯想投票贊成）的廣泛支持，Polar碼得以成為5G移動寬帶控制信道的國際編碼標準。

大信息塊長度下不同信道編碼的表現，可以看出LDPC的傳輸效率還是要明顯高于其余兩者的。

★ 1.1.2 非正交多址接入技術

4G網絡采用正交頻分多址（OFDM）技術，OFDM不但可以克服多徑干擾問題，而且和MIMO技術配合，極大的提高了數據速率。由于多用戶正交，手機和小區之間就不存在遠-近問題，快速功率控制就被舍棄，而采用AMC（自適應編碼）的方法來實現鏈路自適應。

從2G，3G到4G,多用戶復用技術無非就是在時域、頻域、碼域上做文章，而NOMA在OFDM的基礎上增加了一個維度——功率域。

新增這個功率域的目的是，利用每個用戶不同的路徑損耗來實現多用戶復用。

• NOMA希望實現的是，重拾3G時代的非正交多用戶復用原理，并將之融合于現在的4G OFDM技術之中。
• NOMA可以利用不同的路徑損耗的差異來對多路發射信號進行疊加，從而提高信號增益。它能夠讓同一小區覆蓋范圍的所有移動設備都能獲得最大的可接入帶寬，可以解決由于大規模連接帶來的網絡挑戰。

★ 1.1.3 毫米波

美國聯邦通信委員會早在2015年就已經率先規劃了28 GHz、37 GHz、39 GHz 和 64-71 GHz四個頻段為美國5G毫米波推薦頻段。美國FCC舉辦了28GHz頻譜拍賣，2965張頻譜牌照的成交總額近7.03億美元。（PS：國外頻譜是公開拍賣，國內是由無線電管理委員會分配）。

毫米波很大的優勢是頻段高，頻譜資源豐富，帶寬很寬。另外頻譜高，波長短，天線相應的也更短，更方便在手機等小型設備上搭建多天線的應用。光速=波長*頻率的公式計算，28GHz頻率的波長約為10.7mm，也就是毫米波，一般而言天線長度與波長成正比，基本上天線是波長的四分之一或二分之一是最優，因此毫米波更短的波長也讓天線變得更短。

在 Massive MIMO 系統中可以在系統基站端實現大規模天線陣列的設計，從而使毫米波應用結合在波束成形技術上，這樣可以有效的提升天線增益，但也是由于毫米波的波長較短，所以在毫米波通信中，傳輸信號以毫米波為載體時容易受到外界噪聲等因素的干擾和不同程度的衰減，信號不容易穿過建筑物或者障礙物，并且可以被葉子和雨水吸收。

★ 1.1.4 Massive MIMO與波束賦形

MIMO（Multiple-InputMultiple-Output）可譯為多輸入多輸出，也就是多根天線的發送和接收。MIMO并不是一項全新技術，在LTE（4G）時代就已經在使用了。通過更高階的MIMO技術,結合載波聚合和高階調制，業界已經可以讓LTE達到千兆級（1Gbps及以上）速度，達到初期LTE速度的十倍。

MIMO技術突破了香農定理的限制，跳出了點對點單用戶的框框，將單一點對點信道變換成多個并行信道來處理，以至于頻譜效率主要取決于并行信道數量，從而提升了系統容量和頻譜效率。

如下圖所示，LTE和LTE-A基站端和手機端使用的都是少量的天線，手機端使用的天線數較少主要是受制于手機尺寸，在目前的中低頻段，對應的天線尺寸仍然較大，無法在手機中集成過多的天線。而5G使用毫米波后，天線的尺寸變得很小，可以很方便的集成大量的天線。Massive MIMO最多可以支持256跟天線。

要做到Massive MIMO，基站要精確的掌握信道信息和終端位置，這對于時分復用的TDD系統不是什么大問題，而對于頻分的FDD系統就麻煩了。由于TDD系統上下行使用同一頻段，可以單邊的基于上行信道狀況估計下行信道，即利用上下行信道的互易性來推斷基站到終端的下行鏈路。而FDD系統，由于上行和下行不在一個頻段，因此不能直接用上行信道狀況估計下行信道狀況，為了實現信道估計，需要引入CSI反饋，多了大量CSI反饋，隨著天線數量增加，不但開銷增大，且反饋信息的準確性和及時性也存在降低的可能。因此，業界一直以為，Massive MIMO在FDD上更難于部署。

國內其實在做3G的時候，國產的TD-SCDMA里面就有提到智能天線，基站系統通過數字信號處理技術與自適應算法，使智能天線動態地在覆蓋空間中形成針對特定用戶的定向波束。雖然TD-SCDMA沒怎么做起來，但不可否認他讓我國各大廠商積累了更多的MIMO天線和波束賦形的相關經驗。國外一直在大推FDD，目前看來TDD在Massive MIMO方面有著不可或缺的優勢。

中國移動在杭州進行外場測試，從芯片到核心網端到端使用華為5G解決方案。其中，網絡側使用華為2.6GHz NR支持160MHz大帶寬和64T64R MassiveMIMO的無線設備，對接集中化部署于北京支持5G SA架構的核心網，同時終端側使用基于華為巴龍5000芯片的測試終端。可以看到基站側使用的是64T64R，即64根發射天線64根接收天線，一共128根天線。

MIMO技術經歷了從SU-MIMO（單用戶MIMO）向MU-MIMO（多用戶MIMO）的發展過程。SU-MIMO，它的特點是只服務單一終端，終端受限于天下數量和設計復雜性，從而限制了進一步發展。而MU-MIMO將多個終端聯合起來空間復用，多個終端的天線同時使用，這樣以來，大量的基站天線和終端天線形成一個大規模的虛擬的MIMO信道系統。這是從整個網絡的角度更宏觀的去思考提升系統容量。不過，這么多天線引入，信號交叉，必然會導致干擾，這就需要預處理和波束賦形（Beamforming）技術了。

這種空間復用技術，由全向的信號覆蓋變為了精準指向性服務，波束之間不會干擾，在相同的空間中提供更多的通信鏈路，極大地提高基站的服務容量。

假設在一個周圍建筑物密集的廣場邊上有一個全向基站（紅色圓點），周圍不同方向上分布3臺終端（紅、綠、藍X）。采用Massive MIMO場景下，并引入精準的波束賦形后，情況就神奇的變成下面這樣了。看著是不是很高端的樣子，已經可以精確的控制電磁波的方向了，說起來容易，做起來可就難了，這里面的高科技無數。

圖片來源：

https://www.cnblogs.com/myourdream/p/10409985.html

★ 1.1.5 認知無線電

為什么會有認知無線電，主要是因為低頻段的頻譜資源非常稀缺，之前已經分配給一些系統使用了，但是發現這些系統并沒有非常有效的把頻譜利用起來。因此就考慮使用認知無線電技術，在不影響主通信系統的情況下，能見縫插針的利用這些頻譜。

認知無線電可以被理解為獲得對周圍環境的認知并相應調整其行為的無線電。例如，認知無線電可以在跳轉到另一個未使用的頻帶之前確定未使用的頻帶，并將其用于傳輸。認知無線電術語是由約瑟夫·米多拉創造的，指的是能夠感知外部環境的智能無線電，能夠從歷史中學習，并根據當前的環境情況做出智能決策來調整其傳輸參數。

認知無線電是SDR（軟件定義無線電）和MIND（人工智能）的組合。我們可以想像無線電賦予人類的某種功能，通過觀察感知外界，然后決定是否發送以及如何發送。在5G里會有很多認知無線電相關的研究和應用。

1.2uRLLC

5G的理論延時是1ms，是4G延時的幾十分之一，基本達到了準實時的水平。這自然也會催生很多應用場景，其實uRLLC的全稱是超可靠、低時延通信，所以不僅僅只是低時延還需要高可靠。具備時延低且可靠后，一些工業自動化控制、遠程醫療、自動駕駛等技術就可以逐漸構建起來了，這方面帶來的變革可能是天翻地覆的，原來看來不可能的事情，都在慢慢變得可能。來看看都做了些什么讓這些成為現實了吧。

★ 1.2.1 5GNR幀結構

首先解釋一下什么叫做5GNR，其實就是5G空口標準，3gpp給他取了個名字，叫5GNR(New Radio)，4G時代一般將空口命名為LTE(Long TermEvolution)和LTE一樣，5GNR的一個無線幀長為10ms，每個無線幀分為10個子幀，子幀長度為1ms；每個無線幀又可分為兩個半幀（half-frame），第一個半幀長5ms、包含子幀#0~#4，第二個半幀長5ms、包含子幀#5~#9；這部分的結構是固定不變的。

5G NR的子載波間隔不再像LTE的子載波間隔固定為15Khz，而是可變的，可以支持5種配置，15kHz、30kHz、60kHz、120kHz、240kHz，為什么不能小于15KHz或大于240KHz呢？

相位噪聲和多普勒效應決定了子載波間隔的最小值，而循環前綴CP決定了子載波間隔的最大值。我們當然希望子載波間隔越小越好，這樣在帶寬相同的情況下，能夠傳輸更多的數據。但如果子載波間隔太小，相位噪聲會產生過高的信號誤差，而消除這種相位噪聲會對本地晶振提出過高要求。

如果子載波間隔太小，物理層性能也容易受多普勒頻偏的干擾；如果子載波間隔的設置過大，OFDM符號中的CP的持續時間就越短。設計CP的目的是盡可能消除時延擴展（delay spread），從而克服多徑干擾的消極影響。CP的持續時間必須大于信道的時延擴展，否則就起不到克服多徑干擾的作用。因此選擇15KHz~240KHz都是技術和實現成本等一系列綜合考慮的折中結果。

如下圖所示，子載波間隔越大則時隙越短（最小的子載波間隔15KHz對應的時隙長1ms、最大的子載波間隔240KHz對應時隙長0.0625ms），對于uRLLC場景，要求傳輸時延低，此時網絡可以通過配置比較大的子載波間隔來滿足時延要求。

5G NR的靈活框架設計可以向上或向下擴展TTI（即使用更長或更短的TTI），依具體需求而變。除此之外，5G NR同樣支持同一頻率下以不同的TTI進行多路傳輸。比如，高Qos（服務質量）要求的移動寬帶服務可以選擇使用500 μs的TTI，而不是像LTE時代只能用標準TTI，同時，另一個對時延很敏感的服務可以用上更短的TTI，比如140 μs，而不是非得等到下一個子幀到來，也就是500 μs以后。也就是說上一次傳輸結束以后，兩者可以同時開始，從而節省了等待時間。

★ 1.2.2 多載波技術改進

在OFDM系統中，各個子載波在時域相互正交，它們的頻譜相互重疊，因而具有較高的頻譜利用率。OFDM技術一般應用在無線系統的數據傳輸中，在OFDM系統中，由于無線信道的多徑效應，從而使符號間產生干擾。

為了消除符號問干擾(ISI)，在符號間插入保護間隔。插入保護間隔的一般方法是符號間置零，即發送第一個符號后停留一段時間(不發送任何信息)，接下來再發送第二個符號。在OFDM系統中，這樣雖然減弱或消除了符號間干擾，由于破壞了子載波間的正交性，從而導致了子載波之間的干擾(ICI)。因此，這種方法在OFDM系統中不能采用。在OFDM系統中，為了既可以消除ISI，又可以消除ICI，通常保護間隔是由CP（Cycle Prefix ，循環前綴來)充當。CP是系統開銷，不傳輸有效數據,從而降低了頻譜效率。

目前LTE里使用的CP-OFDM技術能很好的解決多徑時延的問題，但是對相鄰子帶間的頻偏和時偏比較敏感，這主要是由于該系統的頻譜泄漏比較大，因此容易導致子帶間干擾。目前LTE系統在頻域上使用了保護間隔，但這樣降低了頻譜效率，同時也在一定程度上增加了時延，因此5G需要考慮一些新波形技術。目前的CP-OFDM在MTC、短促接入場景上會遇到挑戰，極地時延業務；突發、短幀傳輸；低成本終端具有較大的頻率偏差，對正交不利。在多個點協作通信場景，多個點信號發射和接收難度較大。

目前有一些候選的改進技術，3gpp會議上各公司提出來的新波形候選方案包括：加窗正交頻分復用（CP-OFDM with WOLA）、移位的濾波器組多載波（FBMC-OQAM），濾波器組的正交頻分復用（FB-OFDM）、通用濾波多載波（UFMC）、濾波器的正交頻分復用（F-OFDM）和廣義頻分復用（GFDM）。這些技術都太專業，再此不表，有興趣的同學可以用關鍵字搜索了解，多年沒做這塊了，理解起來也有些費勁，不過沒關系，知道他是解決什么問題的就好了。

★ 1.2.3 網絡切片

網絡切片技術作為5G里至關重要的一項技術，極大的解放了運營商，深受運營商喜愛。傳統的各種路由器都是硬交換，規則什么的都需要連網線提前配置好的，修改什么的非常不便，當然如果沒有數據包按需處理的需求，這樣其實也挺好，快速且穩定。但是隨著差異化服務的需求越來越多，如何更快速高效的管理網絡成了頭疼的問題了，SDN的出現剛好解決了這個問題，軟件定義網絡（Software?Defined?Network，SDN）是由美國斯坦福大學CLean?State課題研究組提出的一種新型網絡創新架構，是網絡虛擬化的一種實現方式。

進行SDN改造后，無需對網絡中每個節點的路由器反復進行配置，網絡中的設備本身就是自動化連通的。只需要在使用時定義好簡單的網絡規則即可。

SDN所做的事是將網絡設備上的控制權分離出來，由集中的控制器管理，無須依賴底層網絡設備（路由器、交換機、防火墻），屏蔽了來自底層網絡設備的差異。而控制權是完全開放的，用戶可以自定義任何想實現的網絡路由和傳輸規則策略，從而更加靈活和智能。控制平面和數據平面分離，可以針對不同的數據包類型／來源配置不同的轉發規則，從而對數據包區分不同的服務等級，進而產生了服務質量的區別。

有人對SDN做了一個形象生動的比喻，有助于幫助更好的理解SDN。

1.3 mMTC

先來看看mMTC的KPI，連接密度是1,000,000/km2，電池壽命是在MCL（最大耦合損耗）為164dB時工作10～15年，也就是說在信號很差的情況下仍然能工作10～15年（信號越差發射功率越大，越耗電），覆蓋增強是要求在MCL=164dB時能提供160bps的速率，UE的復雜度和成本要求是非常低。

LTE-M，即LTE-Machine-to-Machine，是基于LTE演進的物聯網技術，在3GPP R13中被稱為LTE enhanced MTC (eMTC)，旨在基于現有的LTE載波滿足物聯網設備需求。NB-IoT是NB-CIoT和NB-LTE的融合，國內主要推行的是NB-IoT技術。

兩項技術有什么區別呢？如下圖所示，兩項技術各有優勢，如果對語音、移動性、速率等有較高要求，則選擇eMTC技術。相反，如果對這些方面要求不高，而對成本、覆蓋等有更高要求，則可選擇NB-IoT。

小區容量雖然都是5萬個連接，但基本都使用了PSM和eDRX機制，這樣設備大部分時間處于休眠，降低了與基站的信令交互，也間接的提升了小區容量。這種容量的提升，主要是以設備長時間休眠而帶來的，可以看到NB-IoT的eDRX周期時間相比eMTC更長，所以對于下行數據的響應速度上會更慢。

這兩種技術，針對不同類型的物聯網技術各有優勢，因此也有人說兩項技術之間是互補的關系，并各自適用于不同的物聯網使用場景。

• 第一類業務：水表、電表、燃氣表、路燈、井蓋、垃圾筒等行業/場景，具有靜止、數據量很小、時延要求不高等特點，但對工作時長、設備成本、網絡覆蓋等有較嚴格的要求。針對此類業務，技術上NB-IoT更合適。
• 第二類業務：電梯、智能穿戴、物流跟蹤等行業/場景，則對數據量、移動性、時延有一定的要求。針對這類業務，技術上eMTC則更勝一籌。

下面的圖是3GPP關于5G時代將著手解決Massive和Critical問題，Massive即大容量物聯網通信的問題，Critical包括高可靠低時延。標準還在持續演進，目前國內中國電信的NB-IoT建網速度是最快的，從我們線上使用的情況來看，也基本都能覆蓋到我們的業務區域。

2. 5G的組網及覆蓋

2.1 國內頻譜分配

國內的5G頻譜分配結果已出，應該也是根據運營商現狀評估過之后的結果。下圖綠色部分為這次分配的頻譜，電信和聯通各分得100MHz，移動分得260MHz。

1)中國聯通和中國電信獲得3.5GHz附近國際主流的5G頻段，具有如下特點：

• 產業鏈相對成熟，研發較完善，最具有全球通用可行性；
• 發展進度比較快，實現商用的時間比較早；
• 更低頻、更經濟，所需基站密度更低，資本支出相對更小。

2)中國移動獲得2.6+4.9GHz組合頻譜，具有如下特點：

• 4.9GHz的100M帶寬可以支持的用戶數和流量更多，但是所需基站的密度更大，對資本支出帶來一定壓力；
• 2.6GHz頻譜產業鏈成熟度低，需要中國移動主動推動產業鏈的培育和布局，但覆蓋范圍廣、資本開支小，也可為5G商用帶來雙頻段保險。

3)可以看到給中國移動分配的頻段一共是260MHz，但是由于此次分配的2515-2675MHz包含之前4G在該頻段上的范圍，去除之前4G分配過的，本次分配實際新增頻譜是200MHz。

中國移動在2.6GHz(2575MHz～2635MHz)上本來就有大量的TD-LTE設備，在5G建設中也將會有速度優勢。尤其是借助原有設備的升級改造，可以加大5G的覆蓋能力，但2.6GHz目前并非主流的5G頻譜，因此在產業鏈上會需要移動花更多的功夫來培育。

3.5GHz是國內的主流頻譜，該頻段上的產業鏈相對更加成熟，因此也是運營商爭奪的焦點。

2.2 熱點覆蓋or連續覆蓋？

2.6GHz具備室外連續覆蓋的可行性，但是其上行覆蓋受限于終端能力及功率等，上行覆蓋能力較弱。上行覆蓋相對于1800MHz相差4dB，相對于800MHz更是相差10dB以上。無線信號在自由空間中的傳播損耗遵循一定的規律，頻譜越高，傳播損耗更大，傳播的距離更短。其實連續覆蓋還是熱點區域覆蓋，主要涉及到的是投資成本的問題，以及投資回報比，因為傳播損耗越高也就意味著基站要建的更密集，成本隨之大大增高，中國移動分配到的頻段更低，具有更大的連續覆蓋的可能性。

據保守估計，5G基站（宏基站）數量將會是先有4G基站數量的1.2～1.5倍。由于5G網絡運行于較高頻段，傳統宏基站的穿透能力減弱，因此小基站或室內分布式系統基站會成為很大的補充，比如在一些熱點的室內、商場、場館、地下停車場等部署分布式系統來彌補。

2.3 SAor NSA?

首先解釋一下SA和NSA。非獨立組網（Non-Standalone,NSA），獨立組網（Standalone, SA）。

其實這個概念很容易理解，如下圖所示。從4G升級到5G，有兩大種方案可選，財大氣粗的可以選擇完全獨立建設一套5G核心網和5G基站。而一些實力沒那么雄厚的，可以考慮過度一下，復用現有的4G核心網，享受5G基站帶來空口新特性，空口速率會有所提升，但是無法使用5G核心網的一些諸如網絡切片之類的新特性。

因為國外還是有很多的運營商財力不是很雄厚，4G的成本還沒收回，又要鋪設這么大一張網，實在是有心無力。因此3GPP為了讓大家能在5G愉快的玩耍，也提供了各種NSA的升級套餐供各家選擇。因為5G的空口速率上去了后，4G原有基站可能支撐不了這么大的速率，可能會面臨一些改造。

NSA由于其5G空口載波只承載用戶數據，系統級的業務控制仍要依賴4G網絡，是在現有的4G網絡上增加新型在播來進行擴容。因為仍是依賴4G系統的核心網與控制面，非獨立組網架構無法充分發揮5G系統低時延的技術特點，也無法通過網絡切片、移動邊緣計算等特性實現對多樣化業務需求的靈活支持。

從全球看，大部分的運營商在初期階段選擇了NSA，這樣部署起來比較快，但是這個只能滿足5G三大場景中的增強移動寬帶部分，還無法滿足低時延高可靠和海量大連接場景。另外5G的NSA標準close的比較早，SA標準還在進行中，因此一些現有的5G終端芯片是只支持NSA的，如果只是從帶寬的角度來考慮，手機僅支持NSA也問題不大。

2.4 超密集組網（UDN）

5G里在一些熱點的區域具備高密集組網能力，比如與大麥業務比較貼近的大型場館演出賽事時，會是一個超密集組網的場景。在熱點高容量密集場景下，無線環境復雜且干擾多變，基站的超密集組網可以在一定程度上提高系統的頻譜效率，并通過快速資源調度可以快速進行無線資源調配，提高系統無線資源利用率和頻譜效率，但同時也帶來了許多問題。

高密度的無線接入站點共存可能帶來嚴重的系統干擾問題；高密度站點會使小區間切換將更加頻繁，會使信令消耗量大幅度激增，用戶業務服務質量下降；為了實現低功率小基站的快速靈活部署，要求具備小基站即插即用能力，具體包括自主回傳、自動配置和管理等功能。

解決這些問題的關鍵技術有：

1）多連接技術，多連接技術的主要目的在于實現UE （用戶終端）與宏微多個無線網絡節點的同時連接。在雙連接模式下，宏基站作為雙連接模式的主基站，提供集中統一的控制面；微基站作為雙連接的輔基站，只提供用戶面的數據承載。輔基站不提供與UE 的控制面連接，僅在主基站中存在對應UE 的RRC（無線資源控制）實體。

2）無線回傳技術，在現有網絡架構中，基站與基站之間很難做到快速、高效、低時延的橫向通信，基站不能實現理想的即插即用。為了提高節點部署的靈活性，降低部署成本，利用與接入鏈路相同的頻譜和技術進行無線回傳傳輸能解決這一問題。在無線回傳方式中，無線資源不僅為終端服務，還為節點提供中繼服務。

3）小小區動態調整，頻譜利用率最大化。對于展會或者球賽這種突發性質的集會和賽事，其話務波動特性比較明顯，用戶群體網絡分享行為較為普遍，因此對上行容量要求較高。對于相對封閉的室內場館區域，需要根據實時話務的情況實現動態UL/DL子幀配比調整比如調整為上行占優的配置以滿足上行視頻回傳類需求。具體來說，電影音樂等大數據下載這類對下行資源需求較高的場景，需要擴充更多的下行資源用于傳輸，比如從D/U從3:1調整為8:1；大型會議實況直播，視頻或音頻內容上傳，則對上行資源存在極大的需求，比如從D/U從3:1調整為1:3。再有，業務類型趨同的用戶群體通常是分簇形式，甚至是以小區單元存在的，即在部署區域，當一段時間內用戶業務需求統計體現一個穩定而明顯的特征，比如對上行業務需求量增加，那么需要對此區域的小區進行統一的時隙調整。

復雜多樣的場景下的通信體驗要求越來越高，為了滿足用戶能在大型集會、露天集會、演唱會的超密集場景下獲得一致的業務體驗5G無線網絡需要支持1000倍的容量增益，以及1000億針對這種未來熱點高容量的場景，UDN(超密集組網)通過增加基站部署密度，可以實現系統頻率復用效率和網絡容量的巨大提升，將成為熱點高容量場景的關鍵解決方案。不久的將來，超高清、3D和沉浸式視頻的流行會使得數據速率大幅提升，大量個人數據和辦公數據存儲在云端，海量實時的數據交互需要可以媲美光纖的傳輸速率。

3. 總結

總結一下，在本文中，我們可以了解到5G的關鍵技術。

1）其中單基站的峰值速率要達到20Gbps，頻譜效率要達到4G的3～5倍，這是關于eMBB超寬帶的指標，使用的主要技術包括LDPC／Polar碼等新的編碼技術提升容量，使用毫米波拓展更多頻譜，使用波束賦形帶來空分多址增益，使用NOMA技術實現PDMA功率域的增益，使用Massive MIMO技術來獲得更大的容量，毫米波讓波長更短，天線更短，在手機上可以安置的天線數更多，基站側可支持64T64R共128根的天線陣列。

2）時延達到1毫秒，這是關于uRLLC的場景，主要是新的空口標準5GNR中定義了更靈活的幀結構，更靈活的子載波間隔配置，最大的子載波間隔240KHz對應時隙長0.0625ms，這樣超低時延應用稱為可能。通過新的多載波技術解決目前CP-OFDM中存在的保護間隔等資源浪費，降低時延增大利用率。除此之外，還有網絡切片技術，讓網絡變得更加彈性，可以更好的支持超低時延的應用，建立一條端到端的高速功率，網絡切片技術主要是核心網的SDN和NFV的應用。

3）連接密度每平方公里達到100萬個，這是關于mMTC的場景，目前標準主要還是基于eMTC和NB-IoT進行演進，兩項標準各有優缺點，對數據量、移動性、時延有一定的要求的場景eMTC更合適，具有靜止、數據量很小、時延要求不高等特點，但對工作時長、設備成本、網絡覆蓋等有較嚴格要求的場景NB-IoT更合適，目前國內主要覆蓋的是NB-IoT。這里的連接量其實是一個相對彈性或理想的值，因為連接量的提升主要是以終端通過PSM或eDRX技術實現休眠所帶來的，未來更多的并發能力，更小的網絡信令消耗、更多的突發數據包等場景都需要被考慮到，這部分的演進仍然有著較長的路要走。

4. 后記

今天的AI非常繁榮火爆，更多的是集中在圖像識別領域，不可否認CNN和深度神經網絡在這一領域帶來的巨大變革，但是AI不等于DNN，不等于圖像識別，更不等于人臉識別，要達到更智能的世界還需要AI技術在更多方面取得突破。

AI在圖像領域取得突破相當于智能世界的眼睛正在變得更加明亮，原來計算機無法理解的圖像，正在慢慢的變得結構化、可理解，圖像識別、圖像跟蹤、圖像分割等都讓前端變得更加智能了。語音識別取得的進步相當于智能世界的耳朵變得能聽見且能聽懂了。各種傳感技術的進步會逐步接近人的觸覺、嗅覺等等對物理世界的感知。最終匯聚到大腦完成智能的決策、指令的上傳下達，而5G網絡正在逐漸成為連接智能世界各個部分的神經網絡。未來值得期待，也期望咱們阿里的城市大腦能成為未來智能世界的重要組成部分。

5G的eMBB場景肯定會更早的發展起來，因為這一塊是相對需求明確，用戶感知度高的。5G的另外兩個場景估計需要更多的與場景結合，更多的是產業的應用，運營商面向B端的應用，也是目前運營商比較積極參與的。

營商那些事這里有運營商的秘密關注

來源：鮮棗課堂

◆ ◆ ◆

這一切，要從一個“神奇的公式”說起。。。

一個神奇的公式。。。

就是這個公式。。。

還記得這個公式的童鞋，請驕傲地為自己鼓個掌。。。

如果不記得，或是看不懂，也沒關系，小棗君解釋一下。。。

就是這個超簡單的公式，蘊含了我們無線通信技術的博大精深。。。

無論是往事隨風的1G、2G、3G，還是意氣風發的4G、5G，說來說去，都是在這個數學公式上做文章。。。

且聽我慢慢道來。。。

有線？無線？……

通信技術，無論什么黑科技白科技，只分兩種——有線通信和無線通信

我和你打電話，信息數據要么在空中傳播（看不見、摸不著），要么在實物上傳播（看得見、摸得著）。。。

在有線介質上傳播數據，想要高速很容易。。。

實驗室中，單條光纖最大速度已達到了26Tbps。。。是傳統網線的兩萬六千倍。。。

而空中傳播這部分，才是移動通信的瓶頸所在。。。

所以，5G重點是研究無線這部分的瓶頸突破。

好大一個波。。。

大家都知道，電波和光波都屬于電磁波。。。

電磁波的頻率資源有限，根據不同的頻率特性，有不同的用途。。。

我們目前主要使用電波進行通信。。。

當然，光波通信也在崛起，例如可見光通信LiFi（LightFidelity）

▼圖片來自網絡

不偏題，回到電波先。。。

電波屬于電磁波的一種，它的頻率資源也是有限的。。。

為了避免干擾和沖突，我們在電波這條公路上進一步劃分車道，分配給不同的對象和用途。。。

▼不同頻率電波的用途

大家注意上面圖中的紅色字體。一直以來，我們主要是用中頻~超高頻進行手機通信的。。。

例如經常說的“GSM900”、“CDMA800”，其實就是工作頻段900MHz和800MHz的意思。。。

目前主流的4G LTE，屬于超高頻和特高頻。。。

我們國家主要使用超高頻：

隨著1G、2G、3G、4G的發展，使用的頻率是越來越高的。。。

為什么呢？

因為頻率越高，速度越快。。。

又為什么呢？

因為頻率越高，車道（頻段）越寬。。。

看懂了吧。。。車道按指數級擴大。。。

更高的頻率→更大的帶寬→更快的速度

5G的頻段具體是多少呢？

上個月，我們國家工信部下發通知，明確了我國的5G初始中頻頻段：

3.3-3.6GHz、4.8-5GHz兩個頻段

同時，24.75-27.5GHz、37-42.5GHz高頻頻段正在征集意見。

目前，國際上主要使用28GHz進行試驗（這個頻段也有可能成為5G最先商用的頻段）。

如果按28GHz來算，根據前文我們提到的公式：

好啦，這個就是5G的第一個技術特點——

毫米波

繼續，繼續。。。

既然，頻率高這么好，你一定會問：“為什么以前我們不用高頻率呢？”

原因很簡單——不是不想用。。。是用不起。。。

電磁波的一個顯著特點：頻率越高（波長越短），就越趨近于直線傳播（繞射能力越差）。。。

而且，頻率越高，傳播過程中的衰減也越大。。。

你看激光筆（波長635nm左右），射出的光是直的吧，擋住了就過不去了。。。

再看衛星通信和GPS導航（波長1cm左右），如果有遮擋物，就沒信號了吧。。。

而且，衛星那口大鍋，必須校準瞄著衛星的方向。。。稍微歪一點，都會有影響。。。

如果5G用高頻段，那么它最大的問題，就是覆蓋能力會大幅減弱。

覆蓋同一個區域，需要的基站數量將大大超過4G。

這就是為什么這些年，電信、移動、聯通為了低頻段而爭得頭破血流。。。

基站就是要花錢買的啊。。。能不玩命爭取么。。。

有的頻段甚至被稱為——黃金頻段。。。

這也是為什么5G時代，運營商拼命懟設備商。。。

甚至威脅要自己研發通信設備。。。

所以，基于以上原因。。。

在高頻率的前提下，為了減輕覆蓋方面的成本壓力，5G必須尋找新的出路。。。

首先，是微基站。

微基站

基站有兩種，微基站和宏基站。看名字就知道，微基站很小，宏基站很大！

以前都是大的基站，建一個覆蓋一大片 ▼

以后更多的將是微基站，到處都裝，隨處可見。

▼微基站 看上去是不是很酷炫？

微基站的造型有很多種，靈活地與周圍的環境相融合（偽裝），不會讓用戶在心理上產生不適。。。

提醒

基站對人體健康不會造成影響。

而且，恰好相反，其實基站數量越多，輻射反而越小！

你想一下，冬天，一群人的房子里，一個大功率取暖器好，還是幾個小功率取暖器好？

大功率方案▼

小功率方案▼

基站越小巧，數量越多，覆蓋就越好，速度就越快。。。

天線去哪了？

大家有沒有發現，以前大哥大都有很長的天線，早期的手機也有突出來的小天線，為什么后來我們就看不到帶天線的手機了？

有人說，是因為信號好了，不需要天線了。。。

其實不對。。。信號再好，也不能沒有天線。。。

更主要的原因是——天線變小了。。。

根據天線特性，天線長度應與波長成正比，大約在1/10~1/4之間。

頻率越高，波長越短，天線也就跟著變短啦！

毫米波，天線也變成毫米級。。。

這就意味著，天線完全可以塞進手機的里面，甚至可以塞很多根。。。

這就是5G的第三大殺手锏——

Ｍassive MIMO

MIMO就是“多進多出”（Multiple-Input Multiple-Output），多根天線發送，多根天線接收。

在LTE時代就已經有MIMO了，5G繼續發揚光大，變成了加強版的Massive MIMO（Massive：大規模的，大量的）。

手機都能塞好多根，基站就更不用說了。。。

▼以前的基站，天線就那么幾根。。。

5G時代，就不是按根來算了，是按“陣”。。。“天線陣列”。。。

▼天線多得排成陣了。。。一眼看去一大片的節奏。。。

不過，天線之間的距離也不能太近。

因為天線特性要求，多天線陣列要求天線之間的距離保持在半個波長以上。

不要問我為什么，去問科學家。。。

你是直的？還是彎的？

大家都見過燈泡發光吧？

其實，基站發射信號的時候，就有點像燈泡發光。

信號是向四周發射的，對于光，當然是照亮整個房間，如果只是想照亮某個區域或物體，那么，大部分的光都浪費了。。。

基站也是一樣，大量的能量和資源都浪費了。

我們能不能找到一只無形的手，把散開的光束縛起來呢？

這樣既節約了能量，也保證了要照亮的區域有足夠的光。

答案是：可以。

這就是——

波束賦形

波束賦形

在基站上布設天線陣列，通過對射頻信號相位的控制，使得相互作用后的電磁波的波瓣變得非常狹窄，并指向它所提供服務的手機，而且能跟據手機的移動而轉變方向。

這種空間復用技術，由全向的信號覆蓋變為了精準指向性服務，波束之間不會干擾，在相同的空間中提供更多的通信鏈路，極大地提高基站的服務容量。

直的都能掰成彎的。。。還有什么是通信磚家干不出來的？

別收我錢，行不行？

在目前的通信網絡中，即使是兩個人面對面撥打對方的手機（或手機對傳照片），信號都是通過基站進行中轉的，包括控制信令和數據包。。。

而在5G時代，這種情況就不一定了。。。

5G的第五大特點——D2D，也就是Device to Device。

Ｄ２Ｄ

5G時代，同一基站下的兩個用戶，如果互相進行通信，他們的數據將不再通過基站轉發，而是直接手機到手機。。。

這樣，就節約了大量的空中資源，也減輕了基站的壓力。

不過，如果你覺得這樣就不用付錢，那你就圖樣圖森破了。。。

控制消息還是要從基站走的，而且用著頻譜資源，運營商爸爸怎么可能放過你。。。

后記。。。

寫著寫著，小棗君發現洋洋灑灑寫的有點多。。。

能看到這的，都是真愛。。。

相信大家通過本文對5G和她背后的通信知識已經有了深刻理解，而這一切，都只是源于一個如今小學生都能看懂的數學公式。。。

通信技術并不神秘，5G作為通信技術皇冠上最耀眼的寶石，也不是什么遙不可及的創新革命技術，它更多是對現有通信技術的演進。

正如一位高人所說——

通信技術的極限，并不是技術工藝方面的限制，而是建立在嚴謹數學基礎上的推論，在可以遇見的未來是基本不可能突破的。

如何在科學原理的范疇內，進一步發掘通信的潛力，是通信行業眾多奮斗者們孜孜不倦的追求。。。