5G关键技术

图3 OFDM和FBMC的波形对比

3、毫米波（Millimeter Waves ，mm Waves)

什么叫毫米波？频率30GHz到300GHz,波长范围10到1毫米。 由于足够量的可用带宽，较高的天线增益，毫米波技术可以支持超高速的传输率，且波束窄，灵活可控，可以连接大量设备。以下图为例： 蓝色手机处于4G小区覆盖边缘，信号较差，且有建筑物（房子）阻挡，此时，就可以通过毫米波传输，绕过建筑物阻挡，实现高速传输。

同样，粉色手机同样可以使用毫米波实现与4G小区的连接，且不会产生干扰。当然，由于绿色手机距离4G小区较近，可以直接和4G小区连接。

图4 毫米波技术

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高频段（毫米波）在5G时代的多种无线接入技术叠加型移动通信网络中可以有以下两种应用场景：

3.1 毫米波小基站：增强高速环境下移动通信的使用体验

如图5所示，在传统的多种无线接入技术叠加型网络中，宏基站与小基站均工作于低频段，这就带来了频繁切换的问题，用户体验差。为解决这一关键问题，在未来的叠加型网络中，宏基站工作于低频段并作为移动通信的控制平面、毫米波小基站工作于高频段并作为移动通信的用户数据平面。

图5 将毫米波应用于小基站

3.2 基于毫米波的移动通信回程

如图6所示，在采用毫米波信道作为移动通信的回程后，叠加型网络的组网就将具有很大的灵活性（笔者注：相对于有线方式的移动通信回程。因为在未来的5G时代，小/微基站的数目将非常庞大，而且部署方式也将非常复杂），可以随时随地根据数据流量增长需求部署新的小基站，并可以在空闲时段或轻流量时段灵活、实时关闭某些小基站，从而可以收到节能降耗之效。

图6 将毫米波应用于移动通信回程

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4、大规模MIMO技术（3D /Massive MIMO）

MIMO技术已经广泛应用于WIFI、LTE等。理论上，天线越多，频谱效率和传输可靠性就越高。

具体而言，当前LTE 基站的多天线只在水平方向排列，只能形成水平方向的波束，并且当天线数目较多时，水平排列会使得天线总尺寸过大从而导致安装困难。而5G 的天线设计参考了军用相控阵雷达的思路，目标是更大地提升系统的空间自由度。基于这一思想的LSAS 技术，通过在水平和垂直方向同时放置天线，增加了垂直方向的波束维度，并提高了不同用户间的隔离（如图7 所示）。同时，有源天线技术的引入还将更好地提升天线性能，降低天线耦合造成能耗损失，使LSAS 技术的商用化成为可能。

图7 5G 天线与4G 天线对比

由于LSAS 可以动态地调整水平和垂直方向的波束，因此可以形成针对用户的特定波束，并利用不同的波束方向区分用户（如图8 所示）。基于LSAS的3D 波束成形可以提供更细的空域粒度，提高单用户MIMO 和多用户MIMO 的性能。

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图8 基于3D 波束成形技术的用户区分

同时，LSAS 技术的使用为提升系统容量带来了新的思路。例如，可以通过半静态地调整垂直方向波束，在垂直方向上通过垂直小区分裂（cell split）区分不同的小区，实现更大的资源复用（如图9所示）。

图9 基于LSAS 的小区分裂技术

大规模MIMO技术可以由一些并不昂贵的低功耗的天线组件来实现，为实现在高频段上进行移动通信提供了广阔的前景，它可以成倍提升无线频谱效率，增强网络覆盖和系统容量，帮助运营商最大限度利用已有站址和频谱资源。

我们以一个20平方厘米的天线物理平面为例，如果这些天线以半波长的间距排列在一个个方格中，则：如果工作频段为3.5GHz，就可部署16副天线；如工作频段为10GHz，就可部署169根天线了。

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