探秘5G全新空口技术

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时所需要的最小信噪比，例如对于理想情况下的AWGN信道，香农极限大概在-1.6dB左右。但在现实中，实现无误码传输的代价太高，在可以承受一定误码率的条件下，所