5G移动通信技术浅析

5G移动通信技术浅析

袁树翀

袁树翀

中国铁塔股份有限公司东莞市分公司523000

摘要：5G，采用了大量创新性的通信新技术，使到从人与人连接（互联网）升级为万物互联（物联网），将使联网用户数增长一个数量级。万物互联的各种创新应用场景，必将开启移动通信技术的一个新篇章，而这些一切的基础，就是5G，第五代移动通信网络。

关键词：5G移动通信技术5G应用场景

一、5G技术的性能

第五代移动通信系统，采用了新型多天线和NOMA等新技术，能够满足超高清视频、自动驾驶，虚拟现实等网络体验需求，其各项主要的性能指标如下：

1.峰值速率（Peakdatarate）

峰值速率是指在理想情况下的单UE的最高理论数据速率。下行峰值速率20Gbps，上行峰值速率10Gbps。

2.峰值频谱效率（PeakSpectralefficiency）

最高频谱效率（Peakspectralefficiency）就是单位带宽传输频道上每秒可传输的最大比特数。目标下行峰值频谱效率是30bps/Hz，目标上行峰值频谱效率是15bps/Hz。

3.控制面延迟（Controlplanelatency）

控制面延迟参考的时间区间是从IDLE状态到ACTIVE状态转换的时间。目标控制面延迟是10ms.

4.用户面延迟（Userplanelatency）

对于URLLC，目标上行和下行用户面延迟均是0.5ms.

对于eMBB，目标上行和下行用户面延迟均是4ms。

5.可靠性（Reliability）

URLLC可靠性要求：大于99.999%。

二、5G采用的无线新技术

无线通信最大的瓶颈在于频谱，为了大幅度提高传输速率，5G必须大幅度提升频谱利用效率，5G使用了大量的移动通信新技术，如下是其中3个主要的关键技术。

1、NOMA（non-orthogonalmultiple-access）非正交多址接入技术

多址接入技术是蜂窝移动通信网络的最基本的一个技术，用于在同一片覆盖区域区分不同用户，使其能同时接入到网络进行通信。蜂窝移动通信的多址技术分别经历了1G的FDMA（AMPS），2G的TDMA（GSM）、3G的CDMA（WCDMA\CDMA2000\TD-SCDMA）到4G的OFDMA（LTE），发展阶段为从简单到复杂，从低容量到高容量。5G为了实现更高的频谱效率，创新性的使用了NOMA（non-orthogonalmultiple-access）技术。

4G以前都是通过在时域、频域或是通过正交码（PN码），将各个用户的接入信道隔离开，使用的多址技术都属于OMA技术（各用户信号相互正交）。NOMA的核心理念是在发送端使用叠加编码SC（superpositioncoding），而在接收端使用SIC（successiveinterferencecancelation），在相同的时频资源块上，通过不同的功率级级在功率域实现多址接入。

2、大规模MIMO

MIMO（Multiple-InputMultiple-Output）技术是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；而通过智能波束赋形，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5GNR（NewRadio）的核心技术之一。

用户终端受限于体积和性能，天线数一般只能设置为2x2或4x4MIMO；更多的天线及波束赋形需要在基站侧实现。5GNR理论上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。

3先进的信道编码设计（Advancedchannelcodingdesign）

5G技术使用了目前最先进和高效的两种信道编码方式：LDPC及POLAR码。

LDPC全称LowDensityParityCheckCode，中文译为“低密度奇偶校验码”，由美国工程师RobertG．Gallager发明。它是一种“线性误差校正码”。它能高效、精细、可靠地检测出设备之间传送的数据是否正确，是否缺失。这种能力让LDPC逐渐被应用在复杂干扰环境下的无线数据传输之中。LDPC阵营代表：高通、NOKIA、Intel和三星。

PolarCode的中文为极化码，最早由德国人Stolte，N和土耳其教授ErdalArikan提出。极化码是一种“线性块错误校正码”，它的作用和LDPC一样，都是保证数据传输的正确性和完整性。Polar码阵营代表：华为。

Polar码和LDPC码各有各的优势，分别适用不同场。在5G标准中，Polar码用于信令信道编码方案，而LDPC码则用于数据信道编码方案。

三、5G的三种应用场景

5G包含三大应用场景，分别是eMBB（增强型移动宽带）、uRLLC（超可靠、低时延通信）、mMTC（海量机器类通信）。

1.eMBB（EnhancedMobileBroadband）增强型移动宽带

eMBB，是指在现有移动宽带业务场景的基础上，对于用户体验等性能的进一步提升，主要还是追求人与人之间极致的通信体验。使用5G网络情况下，我们可以轻松看在线2K/4K视频和AR/VR。VR，其实是个早就有的概念，我们可以通过VR获得360度全角度的虚拟现实体验，仿佛置身其境，非常适合用于观影和游戏产业。之前没有流行起来的原因就在于网络带宽不足、网络延迟高，导致视频卡顿、画面质量差等情况。而5G的到来恰恰解决了这些问题，高带宽允许和低延迟，保证了大量数据的输送。

2.URLLC（UltraReliableLowLatencyCommunications）极可靠低延迟通信

URLLC场景主要应用在车联网、工业控制、远程医疗等特殊行业，

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