5G全频谱接入技术的浅析

王栋 白清公

摘 要： 随着电子技术的迅速发展，蜂窝通信信号由最初被人们接触运用的模拟通信逐渐改善进化为2G、3G，直到演变成目前已经广泛普遍应用于生活的4G，从起初发展截止现在蜂窝移动通信经历了四代技术的积累，我国相关研究人员也在积极研究发展5G网络，从2012年起，我国的5G全频谱接入技术的研究与实验也在随着时代要求不断地推进，本文根据目前我国5G全频谱接入技术的现状进行分析与初步的讨论。

关键词： 5G全频谱接入技术;F-OFDM;上下行频率解耦

随着科技的发展，在物联网和新技术应用的推动下，当前利用频谱资源的技术手段已经不能满足和适应时代的快速发展。因此寻找和研究新的频谱利用方式迫在眉睫，而5G时代也应发展需求而生，作为5G无线关键技术之一的全频谱技术也显得尤为突出，同时也充分体现出全频谱接入技术对移动通信的重要性。

1 5G全频谱接入技术的现状

5G是第五代移动通信技术，它是第四代移动通信技术之后的延伸，据资料显示5G的网络理论下速度达到了10Gb/s，10Gb/s相当于下载的速度为1.25Gb/s。我国IMT-2020推进组召开了关于5G概念的白皮书发布会，介绍了5G需求、技术、频谱与国际合作等多个方面的重要发展阶段以及最新的研究成果与突破。

作为第五代移动通信技术的无线关键技术的全频谱接入包含了6GHz以下的低频段和6GHz以上的高频段，而其中5G的核心频段则是低频段，用于无缝覆盖;高频段则作为辅助用来覆盖区域热点速度的提升。全频谱接入采用的是高频与低频共存相关技术，充分结合低频与高频各自的优点将其融合在一起，使之达到覆盖面无缝隙、热点速率高且容量大的特点。目前全频谱技术研究的方向主要是将高频段应用于蜂窝通信方面，由于高频信号在移动条件下较容易受障碍而影响覆盖，虽然它能够提升热点的速率，但是单纯依靠它显得覆盖能力有限，为此5G整合了一系列的优化频谱技术。

2 5G全频谱技术的特点

2.1 增强型移动宽带

5G比4G加强了增强型移动宽带工作方式，采用灵活双工技术，相邻小区会进行干扰协助消除，根据业务调整上下行子帧;采用全双工的时候，接收端进行干扰消除运算，如反转抵消编码。

多用户虚拟MIMO，通过多个UE配对复用相同的上行资源，同时传输多流数据，提高吞吐量。采用三维波束赋形，在水平方向和垂直方向都随着UE位置进行调整。多用户虚拟BF根据配对条件进行UE配对实现在同一个数据资源上传多个用户下行数据流，满足大面积区域覆盖的前提下仍然可以使覆盖区域获得较高容量。

2.2 超高可靠低延时通信

5G为特殊场合提供毫秒级别的低延时和无误差服务如车联网、工业控制物联网或其他行业的特殊需求，由灵活的空口技术提供保障。

时隙聚合调度，一次可以调度多个时隙，适应不同业务，降低时延。

侵入式空口调度，EAI机制可以实现uRLLC业务对eMBB资源打孔。

HARQ协议重传在上一次传输之后的任何可用时间上进行，接收方会把重传数据和初传数据合并，合并成功就反聩传新数据。

2.3 高效新波形

目前4G LTE采用OFDM频谱效率已经达到5bit/hz，在5G中采用新波型F-OFDM子带滤波正交频分复用的频谱效率理论上可以实现50bit/hz。F-OFDM 的基本原理是将系统带宽划分为若干子带，子带之间存在灵活可变的保护间隔，同时子带根据实际QoE报文大小需求配置不同的子带带宽。各子带通过子带滤波器进行滤波，从而实现各子带波形的解耦。F-OFDM 每个子带传送不易干扰和带外泄露，不仅能提升频谱使用效率，还可以有效利用零散频谱实现与其他波形共存。F-OFDM 根据场景的动态划分为不同的子带，下行依然可以使用单载波分散模式;上行采用复用模式，比如近端使用CP-OFDM，此时基站可以不用为UE分配频域连续的子载波;遠端用户上行采用DF-S-OFDM波形。只在每个子带配置不同的 TTI、子载波间隔和 CP 长度等，从而实现灵活自适应的 5G 空口技术。

为了进一步提高频谱效率，5G的扩频技术使用了3G成熟的SCMA稀疏码分复用技术能达到4个子波承载6个用户的能力，业务信道和控制信道采用LDPC+Polar 编码形成无误码平台。收发调制解调5G使用256QAM频率效率比64QAM效率提高33%。

2.4 低频与高频混合接入

混合组网技术是5G通信技术重要特点，一方面5G采用上下行频率解耦技术。下行功率输出采用高频波段有覆盖保障;上行采用频率共享，蜂窝小区自动判断和识别移动端的动态使用的高低频谱;从而保障小区覆盖范围内信号质量。

另一方面在混合组合网中采用了控制面与数据面分离的技术，使终端处于热点区域时由低频蜂窝移动网络负责控制面数据的传输，由高频蜂窝移动网络负责数据面的传输;而当终端处于非热点区域时，低频高频则互换工作，使无论在热点还是非热点区都能够达到数据的快速准确传输。

3 结语

可以说全频谱接入技术是第五代移动通信技术的核心阶段，5G同时满足了速率、流量密度、可靠性等多个方面的共同需求，也充分体现出研发推进第五代通信技术的必要性。随着全球相关通信企业的对5G的共同合作研发不断推进，与此同时全频谱接入技术也会随之有更大的进展与突破，相信不久5G会来到我们身边改变我们的时代。

参考文献：

[1]张洪丽.浅议5G无线通信技术概念及相关技术[J].通讯世界，2015，（12）.