高通解读5G中的关键技术

现5G的大范围服务，仅有基于OFDM优化的波形和多址接入技术是远远不够的。设计5G NR的同时，我们还在设计一种灵活的5G 网络架构，以进一步提高5G服务多路传输的效率。这种灵活性即体现在频域，更体现在时域上，5G NR的框架能充分满足5G的不同的服务和应用场景。

图7：5G NR灵活的框架设计

可扩展的时间间隔（Scalable Transmission Time Interval （TTI））相比当前的 4G LTE网络，5G NR将使时延降低一个数量级。目前LTE网络中，TTI（时间间隔）固定在1 ms（毫秒）。为此，3GPP在4G演进的过程中提出一个降低时延的项目。尽管技术细节还不得而知，但这一项目的规划目标就是要将一次傅里叶变换的时延降低为目前的1/8（即从1.14ms降低至143µs（微秒））。而为了支持"长时延需求"的服务，5G NR的灵活框架设计可以向上或向下扩展TTI（即使用更长或更短的TTI），依具体需求而变。除此之外，5G NR同样支持同一频率下以不同的TTI进行多路传输。比如，高Qos（服务质量）要求的移动宽带服务可以选择使用500 µs的TTI，而不是像LTE时代只能用标准TTI，同时，另一个对时延很敏感的服务可以用上更短的TTI，比如140 µs，而不是非得等到下一个子帧到来，也就是500 µs以后。也就是说上一次传输结束以后，两者可以同时开始，从而节省了等待时间。

自包含集成子帧（Self-contained integrated subframe）自包含集成子帧是另一项关键技术，对降低时延、向前兼容和其他一系列5G特性意义重大。通过把数据的传输（transmission）和确认（acknowledgement）包含在一个子帧内，时延可显著降低。下图展示的是一个TDD下行链路子帧，从网络到设备的数据传输和从设备发回的确认信号都在同一个子帧内。而且通过5G NR独立集成子帧，每个TTI都以模块化处理完成，比如同意下载→数据下行→保护间隔→上行确认。

模块化同样支持不同类型的子帧为未来的各种新服务进行多路传输，配合5G NR框架支持空白子帧和空白频率资源的设计，使其拥有向前兼容性——未来的新型服务可以以同步或非同步状态部署在同一频率内。

三．先进的新型无线技术（Advanced wireless technologies）我们在开头提到过，5G必然是在充分利用现有技术的基础之上，充分创新才能实现的，而4G LTE正是目前最先进的移动网络平台，5G在演进的同时，LTE本身也还在不断进化（比如最近实现的千兆级4G+），5G不可避免地要利用目前用在4G LTE上的先进技术，如载波聚合，MIMO技术，非共享频谱的利用，等等；可以说，5G在很大程度上是以4G为基础的。

大规模MIMO（Massive MIMO）
MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）技术是目前无线通信领域的一个重要创新研究项目，通过智能使用多根天线（设备端或基站端），发射或接受更多的信号空间流，能显著提高信道容量；而通过智能波束成型，将射频的能量集中在一个方向上，可以提高信号的覆盖范围。这两项优势足以使其成为5G NR的核心技术之一，因此我们一直在努力推进MIMO技术的演化，比如从2x2提高到了目前4x4 MIMO。但更多的天线也意为着占用更多的空间，要在空间有限的设备中容纳进更多天线显然不现实，所以，只能在基站端叠加更多MIMO。从目前的理论来看，5G NR可以在基站端使用最多256根天线，而通过天线的二维排布，可以实现3D波束成型，从而提高信道容量和覆盖。

图8：大规模MIMO

2. 毫米波（mmWave）

图9：毫米波

对无线通信稍有了解的人应该知道，频率越高，能传输的信息量也越大，也就是体验到的网速更快。正是因为这一优势，我们把目光聚焦在了频率极高的毫米波上（目前毫米波主要应用于射电天文学、遥感等领域）。全新 5G 技术正首次将频率大于 24 GHz 以上频段（通常称为毫米波）应用于移动宽带通信。大量可用的高频段频谱可提供极致数据传输速度和容量，这将重塑移动体验。但毫米波的利用并非易事，使用毫米波频段传输更容易造成路径受阻与损耗（信号衍射能力有限）。通常情况下，毫米波频段传输的信号甚至无法穿透墙体（回想一下你家的5GHz Wi-Fi有多容易被墙体屏蔽），此外，它还面临着波形和能量消耗等问题。不过，我们已经在天线和信号处理技术方面取得了一些进展。通过利用基站和设备内的多根天线，配合智能波束成型和波束追踪算法，可以显著提升5G毫米波覆盖范围，排除干扰。同时， 5G NR 还将充分利用6GHz以下频段和 4G LTE ，让毫米波的连接性能更上一层。

图10：Qualcomm 5G NR毫米波试验

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