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5G NR-new radio 新波形F-OFDM（Filtered OFDM） 基础波形的设计是实现统一空口的基础，同时兼顾灵活性和频谱的利用效率。4G的OFDMO满足不了5G时代的要求。OFDM将高速率数据通过串/并转换调制到相互正交的子载波上去，并引入循环前缀，较好地解决了令人头疼的码间串扰问题，在4G时代大放异彩，但OFDM最主要的问题就是不够灵活。未来，不同的应用对空口技术的要求迥异，例如毫秒级时延的车联网业务要求极短的时域Symbol和TTI，这就需要频域较宽的子载波间隔。F-OFDM能为不同业务提供不同的子载波间隔和Numerology，以满足不同业务的时频资源需求。此时不同带宽的子载波之间本身不再具备正交特性，需要引入保护带宽，例如OFDM就需要10%的保护带宽，这样一来，F-OFDM的灵活性是保证了，频谱利用率会不会降低？正所谓鱼与熊掌不可兼得，灵活性与系统开销一向是一对矛盾。但是，F-OFDM通过优化滤波器的设计大大降低了带外泄露，不同子带之间的保护带开销可以降至1%左右，不仅大大提升了频谱的利用效率，也为将来利用碎片化的频谱提供了可能。 总的来说，F-OFDM在继承了OFDM的全部优点（频谱利用率高、适配MIMO等）的基础上，又克服了OFDM的一些固有缺陷，进一步提升了灵活性和频谱利用效率，是实现5G空口切片的基础技术。 新多址技术SCMA（Sparse Code Multiple Access） 多址技术决定了空口资源的分配方式，也是进一步提升连接数和频谱效率的关键。通过F-OFDM已经实现了在频域和时域的资源灵活复用，并把保护带宽降到了最小，那么为了进一步压榨频谱效率，还有哪些域的资源可以复用？最容易想到的自然是空域和码域。空分复用的MIMO技术在LTE时代就提出来了，在5G时代会通过更多的天线数来进一步发扬光大。那码域呢，在LTE时代它好像被遗忘了，在5G时代能否再现辉煌？ SCMA正是采用这一思路，引入稀疏码本，通过码域的多址实现了连接数的3倍提升。 SCMA通过引入稀疏码域的非正交，在可接受的复杂度前提下，经过外场测试验证，相比OFDMA，上行可以提升3倍连接数，下行采用码域和功率域的非正交复用，可显著提升下行用户的吞吐率超过50%以上。同时，由于SCMA允许用户存在一定冲突，结合免调度技术可以大幅降低数据传输时延，以满足1ms的空口时延要求。 新编码技术Polar Code 编码技术的终极目标——香农极限：信道编码的目标，是以尽可能小的开销确保信息的可靠传送。在同样的误码率下，所需要的开销越小，编码效率越高，自然频谱效率也越高。对于信道编码技术的研究者而言，香农极限是无数人皓首穷经、孜孜以求的目标。在过去的半个多世纪中提出了多种纠错码技术，例如RS码、卷积码、Turbo码和LDPC码等，并在各种通信系统中进行了广泛应用，但是以往所有实用的编码方法都未能达到香农极限，直到Polar Code横空出世。 Polar Code基本原理：2007年，土耳其比尔肯大学教授Erdal Arikan首次提出了信道极化的概念，基于该理论，他给出了人类已知的第一种能够被严格证明达到香农极限的信道编码方法，并命名为极化码（Polar Code）。这一突破如一道闪电，划破漫长而又黑暗的夜空，在编码技术史上具有划时代的意义。Polar码具有明确而简单的编码和译码算法。通过信道编码学者的不断努力，当前Polar码所能达到的纠错性能超过目前广泛使用的Turbo码和LDPC码。 Polar码的优点，首先是相比Turbo码更高的增益，在相同的误码率前提下，实测Polar码对信噪比的要求要比Turbo码低0.5～1.2dB，更高的编码效率等同于频谱效率的提升。其次，Polar码得益于汉明距离和SC算法设计的好，因此没有误码平层，可靠性相比Turbo码大大提升（Turbo码采用的是次优译码算法，所以有误码平层），对于未来5G超高可靠性需求的业务应用（例如远程实时操控和无人驾驶等），能真正实现99.999%的可靠性，解决垂直行业可靠性的难题。第三，Polar Code的译码采用了基于SC的方案，因此译码复杂度也大大降低，这样终端的功耗就大大降低了，在相同译码复杂度情况下相比Turbo码可以降低功耗20多倍，对于功耗十分敏感的物联网传感器而言，可以大大延长电池寿命。 简单总结下这3大空口物理层技术：F-OFDM是实现统一空口的基础波形，结合灵活的Numerology以实现空口切片。SCMA和Polar Code在F-OFDM的基础上，进一步提升了连接数、可靠性和频谱效率，满足了ITU对5G的能力要求。因此，这3大物理层关键技术成为构建华为5G新空口理念的基石。
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发表于 2018-2-28 19:23:39
