2024年5月4日发(作者：rayfile手机怎么用)

5G NR 三大关键技术

一、Massive MIMO

在2010年底，贝尔实验室的Thomas在《无线通信》中提出了5G中的大规模多天

线的概念。在Massive MIMO系统中，通过建立极大数目的信道实现信号的高速传输，

并通过大规模天线简化MAC层设计来最终实现信号的低时延传输。 因为这些可实现的

优点，Massive MIMO技术被认为是5G中的一项关键可行技术。

Massive MIMO是传统MIMO技术的扩展和延伸，其特征（集中式Massive

MIMO）在于以大规模天线阵的方式集中放置数十根甚至数百根以上天线。Massive

MIMO技术可以直接通过增加天线数量来增加系统容量。基站天线数量远大于其能够同

时服务的终端天线数，形成了Massive MIMO无线通信系统，以达到更充分地利用空间

维度，提供更高的数据速率，大幅度提升频谱效率的目的。

随着基站天线数的增加，Massive MIMO可以通过终端移动的随机性以及信道衰落

的不相关性，利用不同用户间信道的近似正交性降低用户间干扰，实现多用户空分复用。

由于Massive MIMO技术的上述特点，在近年来5G新空口的研究中，Massive MIMO

技术是非常重要的关键技术之一。

Massive MIMO的优势

1. 相较于传统的MIMO系统，Massive MIMO系统的空间分辨率被极大地提升

了。 Massive MIMO技术可以在没有基站分裂的条件下实现空间资源的深度挖掘。

2. 波束赋形技术能够让能量极小的波束集中在一块小型区域，因此干扰能够被极大

地减少。波束赋形技术可以与小区分裂、小区分簇相结合，并与毫米波高频段共同应用于

无线短距离传输系统中，将信号强度集中于特定方向和特定用户群，实现信号的可靠高速

传输。

3. Massive MIMO技术能够通过不同的维度（空域、时域、频域、极化域）提升频

谱利用效率和能量利用效率。

与4G的差异

5G新空口Massive MIMO技术的显著特点之一是天线数量远高于LTE系统。为了

满足5G新空口的性能需求，发射及接收点（TRP——Transmission and Reception

Point）考虑支持到256Tx。在NR仿真假设的相关讨论中，70GHz TRP的收发天线数甚

至可以达到1024个。虽然高频段的路径损耗和穿透损耗都比较大，但对于减小天线尺

寸，在相同的天线阵平面面积部署更多的天线数上具有天然的优势。

5G新空口Massive MIMO技术的另一个特点是频率跨度大且带宽大。NR的载波频

率范围从4GHz左右到6GHz以上的高频段，可能支持的载波带宽也从80MHz到1GHz

左右。如何在不显著增加TRP发射功率的前提下，提供类似LTE的覆盖？可行的解决方

法就是充分利用数量众多的天线，一方面利用天线本身的增益，另一方面采用波束赋形技

术，将发射功率集中在窄波束上，以提升覆盖性能。可见相对于LTE更窄的波束及波束赋

形是5G新空口Massive MIMO的必然选择，特别是对于6GHz以上的高频频谱。

二、新波形FB-OFDM

LTE采用正交频分复用（OFDM）技术，子载波和OFDM符号构成的时频资源组成

了LTE系统的无线物理时频资源。通过使用循环前缀（CP），CP-OFDM系统能很好地解

决多径时延问题，并且将频率选择性信道分成了一套平行的平坦信道，简化了信道估计方

法，提高了信道估计精度。然而，由于CP-OFDM系统带外泄露较大，目前LTE系统在

频域上使用了保护间隔，降低了频谱效率，且CP-OFDM系统性能对相邻子带间的频偏

和时偏比较敏感，要求相邻子带间的用户严格同步，因此不利于不同子带间不同业务的应

用。

各大公司在5G技术研究中，把抑制带外泄露做为一个重要的方向。如基于滤波器组

多载波的移位正交复读调制（FBMC-OQAM）技术，基于子带滤波的正交频分复用（F-

OFDM）技术，通用滤波的多载波（UFMC）技术，通用频分复用（GFDM）技术和基于

滤波器组的正交频分复用（FB-OFDM）技术。

FB-OFDM技术在原理上是通过多个滤波器（即滤波器组）对传输带宽里的多个子载

波分别滤波，然后在叠加在一起形成时域数据信号，与其他方案相比：

1. 与LTE技术兼容性好。

2. 波形函数选择灵活性好。不同场景使用不同的波形函数，以满足不同场景的重点

需求。

3. 带外泄露小。通过选择合适的波形函数，可以很好地抑制带外泄露，有利于减少

保护子载波个数，并且提高频谱效率，特别是提高窄带频谱效率。

4. 异步性能好。不同子带间可以异步，不同子带的子载波间隔和符号长度可以不

同，以满足不同业务的需求，而且子带间不需要保护间隔，同一子带的不同子帧用户对同

步的要求也降低了。

5. 资源调度灵活。由于是子载波级滤波，因此子带的最小单位可以是单个子载波，

即可以基于单个子载波进行调度，并且每个子载波之间可以异步。

三、新型调制编码

2016年11月18日在美国内华达州举办的RAN1 87次会议上，经过激烈的讨论，

国际移动通信标准化组织3GPP最终确定了5G 增强移动宽带（eMBB）场景的信道编码

技术方案，其中，Polar码作为控制信道的编码方案；LDPC码作为数据信道的编码方

案。

什么是信道编码？

数据通过无线信号在手机和基站间传送，由于受到无线干扰、弱覆盖等原因影响，发

送的数据和基站接收到数据有时会不一致，为了纠错，移动通信系统就引入了信道编码技

术。

信道编码，简单的讲就是我们在有K比特的数据块中插入冗余比特，形成一个更长的

码块，这个码块的长度为N比特，N>K，N-K就是用于检测和纠错的冗余比特，编码率

R就是K/N。一个好的信道编码，是在一定的编码率下，能无限接入信道容量的理论极

限。

5G为什么采用与4G不同的编码方案？

3G与4G均采用了turbo码的信道编码方案。

5G时代，峰值速率要求20Gbps，时延在0.5ms。

Turbo码编码简单，Turbo码的2个核心标志是卷积码和迭代译码，解码性能出色，

3G与4G均采用了turbo码的信道编码方案。但是LDPC码的译码可以并行，利用硬件

换取速度，虽然硬件资源消耗大，但是可以更好的适应5G的需求。

Turbo码迭代次数多，译码时延较大译码时延大，不适用于5G高速率、低时延应用

场景。LDPC码则可以硬件实现并行运算，线性时间内可以编解码，非常适合高速率处理

的场景。

Polar码则基于信道极化现象和串行译码方式提升信息比特的可靠性。基于信道的组

合和分离，当组合信道的数量趋于无穷大的时候，一部分信道趋向于完美的信道，而一部

分信道则趋向于纯噪声信道，即信道极化现象。基于此信道极化现象可以构造一种极化

码，选择性使用组合信道中比较好的，因此极化码理论上可以达到香农极限。

Polar码的优势是计算量小，小规模的芯片就可以实现，商业化后设备成本较低。但

Polar码在长信号以及数据传输上更能体现出优势，香农理论的验证也是Polar在长码上

而不是在短码上实现的。

因此，Polar码拿下信令信道编码方案，LDPC码拿下数据信道编码方案。