这个年，你抢红包了吗？抢到多少红包？除夕的八点你摇一摇了吗？是不是眼巴巴看着别人把红包收入囊中，自己却一无所获呢？这就是网络的力量，4G，3G和2G的此时此刻感受深刻了没有？

目前4G比较顺畅，移动的4G口碑不错，剩下的你懂得。。。一直画圈圈，能不能再卡点！！！

在我们2015年的新专辑中，5G将被列入重中之重，因为这个关系到老百姓抢红包有木有！！5G系列第二讲，小编特邀Dr.Liu为大家带来的topic是RF与物理层技术。妈妈再也不用担心我们抢红包了！

5G第一讲： RF与物理层技术

随着4G LTE&LTE-A的商业化全面铺开，2015通信领域最火热的话题也已经逐渐浮出水面--5G是什么样子的？和4G在技术和性能上有什么不同的地方？为了回答上述问题，小编和曾就职于全球xx电信设备商的无线接入网络构架高级技术专家，现任职于瑞典云计算研究中心的Björn博士进行了一次关于5G的深入探讨。现在整理成文，为我们简单的介绍5G可能的发展趋势，谁在主导当前的5G研究与工业标准化，潜在的RF/物理层信号处理与接入方式方面的可行性新技术等热点话题。而在之后的5G系列文章中，我们会继续介绍5G网络构架相关的新技术。

众所周知，无论3G还是4G系统，均有在物理层的接入方式，信令表征和信号处理算法上极具各自代表性的技术。例如3G的宽带码分多址接入WCDMA技术，4G的正交频分多址接入OFDMA技术，3G演进到4G均使用的多天线阵列MIMO技术等（小编插话:关于这些技术，我们之后也会邀请工业界和学术界的专家对这些技术的数学本质和工业应用进行深入浅出的介绍，解答许多RF工业，通信，无线互联，咨询业的相关从业人员对这些技术的困惑）。

正是这些技术的使用，不断的提高了系统的吞吐量，降低了系统的误码率，并改善了紧缺的频谱资源的利用效率，减小了给无线通信系统带来xx问题的多径传播与干扰，等等。但随着大量的用户接入未来的网络设施以达到"随时互联"的需求，可以预见到当步入5G时代，无线接入网系统将会有一次大而全面的构架上的转变。运营商将需要整合大量的非连续可利用频段，部署体积极小极密极高的基站，配置含有前所未有数目天线的天线阵列，各种端到端的直通数据通信方式，以及捆绑任何可能的新颖的空中接口技术与LTE和WiFi一起，提供通用的高速，稳定，和无缝的用户体验给相当大密度的各种硬件设施。同时为了支持以上各种新技术与新需求，网络还必须达到前所未有的灵活性和智能性，频谱调控能力需要重新修改和提高，网络的能量和成本效率将变为在网络设计优化中更加关键的考虑因素。本文下面就从5G的工业标准化与研究进程，和各种潜在的5G新技术介绍的角度来为大家展示多姿多彩的5G生态链。

1.5G当前研究与标准化进程

事实上，5G标准至今尚未有定论。但从去年晚些时候，各个国家的政府和学者已经开始着手对5G技术进行研究，并将在未来几年大力推动5G技术的研究。为了满足5G标准的网络在2020年全面铺开这一期限，大部分在5G标准化进程将不得不在未来的三年以内完成。迄今为止，已经参与的标准组织包括3GPP，ITU和IEEE，而已经参与的公司与机构更是数不胜数。各大通信设备制造商，运营商，通信硬件与芯片制造商，手机制造商，以及周边利益相关的各种工业机构，大学与通信专利顾问公司均已开展不同形式的合作开始推动各自的5G概念与技术。其中包括:

1）爱立信（Ericsson），华为（HUAWEI），诺基亚（Nokia），诺基亚网络（NSN），阿尔卡特朗讯（Alcatel-Lucent），宝马（BWM），德意志电信（T Mobile），日本电信运营商DOCOMO，法国电信（France Telecom, Orange），以及西班牙电信（Telefonica）等世界各大电信设备提供商与运营商，联合欧洲多家在通信技术研究上有显赫背景的知名大学，联合发起并参与了欧洲xx的5G研究计划——METIS2020。旨在计划2020年前完成5G技术研究以及标准化工作，从而在2020年可以开发出第一张可用的5G电信系统网络。

2）爱立信在2015年2月早些时候与中国信息通信研究院签署谅解备忘录，宣布双方将联合开展5G技术的研究与开发，从而推动5G在中国的标准化与产业化。

3）华为与英国萨里大学（SurreyUniversity）于2014年年末建立了名为5G创新中心（5GIC）的研发中心，并投资500万欧元发展5G的技术。主要侧重在5G新技术的研究以及测试方面。

4)阿尔卡特朗讯（AlcatelLucent）与日本DOCOMO联合多家世界xx大学合作开展5G物理层技术研究，包括大规模天线阵列（Massive MIMO）技术，非正交多址接入（NOMA）技术等

5）美国国家仪器（NationalInstruments）与瑞典隆德大学（Lund University）合作开发的5G大规模天线阵列（Massive MIMO）技术测试平台，近期在IEEE GlobeCom通信会议上进行了演示，证明了极大多天线阵列做为5G核心技术的可行性。

除此之外，几乎所有的通信芯片制造商和知名大学都已经开始不同程度的参与到5G的新技术研发与推广工作中。我们不禁要问，到底有哪些技术将可能出现在未来的5G系统中呢？下面，我们就来大致浏览一下,5G最有可能包含的技术。

2.5G最可能包含哪些技术？

根据目前研究进展与工业标准化推动情况看来，以下技术基本可以确认一定会被5G系统所采纳

1）大规模天线阵列（MassiveMIMO）技术

大规模天线阵列（Massive MIMO）技术是一种可以应用在5G系统中使系统取得极大吞吐量和峰值速率的方案。在4G LTE&LTE-A系统中，由数个天线在发射与接收两端组成的多天线阵列（MIMO）技术已被广泛接纳。但在未来的5G系统中，已经不再满足于在发射机与接收机端增加数个天线组成多天线阵列，而是在发射机与接收机两端配置具有几十甚至上百个天线组成极大多天线阵列。这将意味着更大的用户数据速率，与更高的频谱效率与节能效果。下图1为大规模天线阵列系统示意图，图2为美国国家仪器（NI）与瑞典隆德大学（Lund University）合作制造的大规模天线阵列测试平台。

随着发射端与接收端的天线配置数量迅速增大以达到上百根，发射与接收端之间的无线信道传播环境也将随之改变。不同天线对上传播的信号所导致的相互干扰和噪声，也将随着传播环境的改变而自然的被极大减低甚至xx（小编插话:关于Massive MIMO技术的原理与应用，我们之后将在5G系列讲座的后续内容中给大家详细解答），从而有效的增强了信息传输的速率与可信度，并极大的提高了小区边缘用户的用户体验。

2）毫米波（millimeterWave）技术

现有的无线通信系统，包括2G, 3G, 4G, WiFi等，基本上已经将从几百MHz至几GHz的可用的频谱段全部占用。随着用户对无线上网速率和延迟的需求越来越苛刻，以及”随时在线”的用户数量进一步增长，当前的频谱段在高峰时段和在用户密度较大的城区将很难提供对5G系统需求的xx支持。

不过幸运的是，大量的相对空闲的频谱确实存在于毫米波范围30 - 300GHz，其波长范围大约在1-10毫米。然而由于在该高频段极大的路径损耗，极易被大气和雨水的吸收，较差的绕过障碍物和穿透衍射能力，以及强相位噪声等原因，使人们过去一直都认为高频段是不适合用于移动通信的波段从而导致毫米波频谱的闲置。但近年来随着毫米波研究的深入，半导体技术的日趋完善及复杂半导体硬件的成本和功耗迅速下降，使得毫米波技术的前景变的更加明朗。

而伴随着高频率毫米波的使用，使得极大多天线阵列（Massive MIMO）技术在较小的硬件空间上实现成为可能。因为对于极大多天线阵列（Massive MIMO）技术有一个最基本的要求，就是天线与天线之间的间隔距离不能低于半个波长，而高频率毫米波的波长极小，于是天线与天线间的距离可以配置的很近，于是使在硬件上实现极大天线阵列变的可行。

更有趣的是，毫米波在物理特性上是具有高度定向特性的，几乎像手电筒一样，对非对准的电磁波基本不产生干。从而使干扰更像具有开/关的行为，对大多数的波束并不存在干扰，但较强的干扰会偶有发生。这样的特性使得系统干扰更加可控，也更容易进行干扰管理与xx，从而可以极大的提高5G系统的性能。

3）新型信号形式与接入技术

当我们从基于模拟频率调制与FDMA的1G系统步入2G数字系统后，TDMA由于时间复用的新颖性进入了人们的视野。与此同时，扩频/ CDMA接入技术被高通公司发明。之后由于高通的主导与大力推动使之成为全球的3G标准。今天，4G系统里被采用的基于OFDMA的正交频分多址技术由于结合了FDMA与 TDMA各自的优势，从而令OFDM具有应对频率选择性信道的能力，可以降低码间干扰，通过FFT / IFFT硬件模块方便的实现，仅需要简单的频域均衡器，可以自然结合MIMO技术使用等优势。加之OFDMA的时频资源都是以资源块作为调度使用单位，使其资源更容易被管理及分配。所以鉴于这些令人印象深刻的特点，以及工业界对其依赖的惯性，OFDMA是不容置疑的5G接入技术xxx。然而，OFDMA也的存在一些薄弱点，而这些问题可能随着5G网络对网络性能的需求不断提高而越发明显。

其中最明显的问题应该是OFDMA的频谱效率并不令人满意，由于OFDM信号加入了循环前缀（CP）以用来防止码间干扰，使得这段CP并未传送有效信息从而使得频谱利用率并非xx。

为了应对OFDMA信号频谱效率不佳的问题，一些用以替代OFDMA的接入技术与信号形式被广泛提出并极有可能应用于5G通信系统中。包括

A.快于奈奎斯特信令（fasterthan nyquist signaling）技术。由在瑞典隆德大学（LundUniversity）与华为任职的Fredrik Rusek提出，规避了OFDM信号严格的正交性的限制。从而增强了25%的频谱效率。

B.非正交信号技术。最为广为人知的非正交信号包括了被称为全滤波多载波（UFMC）技术和非正交多址技术（NOMA）。前者对OFDM信号的一组临近子载波进行滤波，从而减小旁瓣并降低载波间干扰。由于滤波器的存在，于是CP变得不再需要从而提升了频谱效率。而后者则结合了OFDMA与FDMA各自的优势，提出在部分频谱段上使用OFDMA，部分频谱段使用FDMA并像3G一样使用功率控制技术来区分用户，从而部分提高了频谱效率。

C.单载波技术。单载波传输并非新技术，但也可能成为5G可能考虑的技术之一。主要是由于单载波系统所需要的配套技术仅仅是低复杂度的非线性频域均衡器，这能极大的化简系统的硬件复杂度与成本。

D.可调OFDM（Tunable OFDM）技术。基于前面的分析，我们知道除去由于CP引起的频谱效率较低的问题，OFDM其实是可以被很好地应用在5G系统以适应不同的需求。通过将OFDM信号的一些参数设计为可以调节的，而不是基于最坏情况下的多径时延扩展来固定参数的大小。比如，FFT块大小，子载波间隔和CP长度可以根据传播信道条件的改变而改变：在人口密集的城市和小蜂窝基站覆盖等信道延迟较小的条件下，子载波间隔可以增长，FFT大小和CP可以显著缩短，以降低延迟的PAPR与CP带来的低频谱效率;而在信道延迟较大的情况下，则恢复到更窄的子载波，设置更大的FFT点数和较长的CP从而起到xx码间干扰的作用。

以上三种，就是5G系统最有可能采用的RF/物理层信号处理与接入技术。在随后的5G介绍系列文章中，我们会为您带来更多的关于网络构架方面的介绍与更深入的技术探讨。