5G空口技术简介

位和空间都能够根据乘客的高矮胖瘦灵活定制，硬座、软座、卧铺、包厢……想怎么调整都行，这才是自适应的和谐号列车。而F-OFDM正是基于这一思路。

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。

总结一下，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。

2）新多址技术SCMA

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。

如前所述，F-OFDM已经实现了火车座位（子载波）根据旅客（业务需求）进行了自适应，进一步提升频谱效率就需要在有限的座位上塞进更多用户。方法说来也简单，座位就那么多，大家挤挤呗。打个比方，4个同类型的并排座位，完全可以塞6个人进去，这样不就轻松实现了1.5倍的连接数提升了吗？

听起来道理很简单，可实现起来并不简单。这就涉及SCMA的第一个关键技术低密度扩频，将单个子载波的用户数据扩频到4个子载波上，然后6个用户共享这4个子载波。

之所以叫低密度扩频，是因为用户数据只占用了其中2个子载波，另外2个子载波是空的，这就相当于6个乘客坐4个座位，每个乘客的屁股最多只能坐两个座位。这也是SCMA中Sparse（稀疏）的来由。为何一定要稀疏呢？如果不稀疏就是在全载波上扩频，那同一个子载波上就有6个用户的数据，冲突太厉害，多用户解调彻底就无法实现了。

但是4个座位塞了6个用户之后，乘客之间就不严格正交了（每个乘客占了2个座位，无法再通过座位号（子载波）来区分乘客），单一子载波上还是有3个用户数据冲突了，多用户解调还是存在困难。

此时就用到了SCMA第二个关键技术，称为多维调制。多维调制这个概念非常抽象，因为传统的IQ调制只有两维啊——幅度和相位，多出来的维代表什么？

这里需要稍微开一下脑洞，想象一下三体世界中半人马座α星人把一个质子展开到多维空间雕刻电路后再降维的过程，最终一个质子变成了一个无所不能的计算机，质子还是那个质子，不过功能大大增强了。

同样，通过多维调制技术，调制的还是相位和幅度，但是最终使得多用户的星座点之间欧氏距离拉得更远，多用户解调和抗干扰性能大大增强了。5G微信公众平台（ID：angmobile）了解到，每个用户的数据都使用系统分配的稀疏码本进行了多维调制，而系统又知道每个用户的码本，就可以在不正交的情况下，把不同用户最终解调出来。这就相当于虽然无法再用座位号来区分乘客，但是可以给这些乘客贴上不同颜色的标签，结合座位号还是能够将乘客区分出来。

综上所述，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。

3）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。

那什么是香农极限呢？香农第二定理指出：只要信息传输速率小于信道容量，就存在一类编码，使信息传输的错误概率可以任意小，而狭义的香农极限就是指通过编码达到无误码传输