第3章5G空口關鍵技術無線空口關鍵技術目錄CONTENTS空口技術概述信道編碼與調制技術OFDM新波形及多址接入多天線技術全雙工技術無線空口技術概述5G空口關鍵技術5G空口包括4G演進空口和5G新空口(5GNR)。5G的無線技術創新有著更為豐富的含義。信道編碼與調制技術Turbo編碼Turbo碼最常見的形式是并行級聯卷積碼(PCCC)，即反復迭代的含義。Turbo碼將卷積碼和隨機交織器合并在一起，實現了隨機編碼，并采用軟輸出迭代譯碼來逼近最大似然譯碼。LDPC碼低密度奇偶校驗碼(LDPC)是一種線性分組碼，1962年由Gallager首次提出。LDPC碼可以用雙向二分圖(Tanner圖)來表示。Tanner圖是校驗矩陣的圖形表示，所以Tanner圖也可以表征LDPC碼。Polar碼Polar碼(極化碼)也是一種線性分組碼，由土耳其畢爾肯(Bilkent)大學的ErdalArikan教授提出，他從理論上第一次嚴格證明了在二進制輸入對稱離散無記憶信道下，Polar碼在理論上可達到香農容量，并有較低的編碼和譯碼復雜度。Polar碼即極化碼，也是一種線性分組碼，由土耳其畢爾肯(Bilkent)大學的ErdalArikan教授提出，他從理論上第一次嚴格證明了在二進制輸入對稱離散無記憶信道下，Polar碼在理論上可以達到香農容量，并且有較低的編碼和譯碼復雜度。

QAM調制4G和5G中采用的正交振幅調制(QAM)。QAM調制可分為矩型和星型。矩形QAM信號星座由兩個相位正交載波加兩個脈沖振幅調制信號產生，具有容易產生和解調的優點，在實際中得到廣泛應用。64矩型QAMvs64星型QAM自適應編碼調制4G和5G中采用了自適應編碼調制(AMC)技術。自適應編碼調制系統中，收發信機根據用戶瞬時信道質量狀況和可用資源的情況選擇最合適的鏈路調制和編碼方式，從而最大限度地提高系統吞吐率。OFDM新波形及多址接入OFDM基本原理正交頻分復用(OFDM)是一種多載波調制方式。OFDM的基本思想是把高速率的信息變換成低速率的多路并行數據流，然后用多個相互正交的載波進行調制，再將調制后的信號相加得到發射信號。OFDM的FFT實現OFDM信號可以用輸入信號的反離散傅里葉變換(IDFT)表示，在實際中可用IFFT來實現。CP-OFDMA為避免多徑帶來的符號間干擾，在發送端每個OFDM符號還要添加循環前綴(CP)，并通過加窗降低帶外輻射。接收端解調則可在去CP并經FFT轉換后檢測信號?；跒V波器組的多載波技術(FBMC)FBMC沒有擴展循環前綴，傳輸效率得到了提高；通過頻域濾波器組大大降低了旁瓣功率，減少了帶外泄漏，適合于碎片化的頻譜場景；此外，對系統同步要求不是很嚴格，適合一些非同步傳輸的場景，且在高移動性場景表現良好?；谕ㄓ脼V波多載波技術(UFMC)UFMC是對子載波組進行濾波處理，其濾波器的通帶較寬，濾波器長度可相對較短，在小文件包的場景下頻譜效率相對較高；對于時間和頻率的同步要求不嚴格；不需要循環前綴，傳輸效率得以提高；比CP-OFDM更好地應用于碎片化頻譜的場景；可以在子載波組內動態地調整子載波間隔，從而可以實現調整符號長度以匹配信道的相關時間。廣義頻分復用(GFDM)GFDM基于獨立的塊調制，具有靈活的幀結構，適用于不同的業務類型。帶外泄漏低。適合在非連續頻帶上傳輸。5G新波形在RAN1#84bis會議上，與會者經過討論達成了如下的一致意見：新波形將基于OFDM，且支持多種靈活的參數集；5GNR在小于40GHz的頻譜范圍，針對eMBB業務，下行支持CP-OFDM，上行支持CP-OFDM和DFT-S-OFDM波形。CP-OFDM波形可用于單流和多流數據傳輸，DFT-S-OFDM僅限于單數據流傳輸(主要針對鏈路預算受限的場景)?；诜荗FDM的波形可應用于某些比較特殊的場景需求(如mMTC),具體的方式仍將進一步研究討論確定。非正交多址接入非正交多址接入(NOMA)允許多個用戶在相同的時間和頻率資源上進行通信，在功率域或碼域上區分不同用戶，提升用戶連接數，提高系統頻譜效率，增加系統容量。此外，還可以通過免調度競爭接入，大幅度降低時延。功率域NOMA在發送端根據用戶的信道條件為用戶分配不同的功率，在接收端采用SIC技術逐步解碼和消除其他用戶的信號，從而提取出目標用戶的信號。碼域NOMA在碼域上為不同用戶分配不同的擴頻碼(非正交碼)區分信號，接收端利用特定的解碼策略來分離出各個用戶的信號。NOMA技術可用于提升蜂窩網絡的頻譜效率，并能夠滿足場景密集環境的用戶接入以及大規模物聯網連接的需求。多天線技術大規模MIMO技術大規模MIMO(LargeScaleMIMO，也稱MassiveMIMO)的概念是貝爾實驗室的Marzetta在2010年提出的，通過大規模天線所提供的空間自由度，可以提升多用戶間的頻譜復用的能力以及抵抗小區間干擾的能力。毫米波波束管理技術5G移動通信系統引入了6GHz以上的高頻空口，支持毫米波段的無線傳輸。毫米波在實際應用中面臨的挑戰性問題：毫米波傳播路徑損耗大，覆蓋范圍比Sub-6GHz小。此外，毫米波通信可能出現深衰落，影響毫米波通信的性能。應用場景：用戶和微基站間的接入鏈路和無線回程鏈路。毫米波波束管理技術為了支持多用戶多流傳輸，毫米波系統往往采用混合波束成形的方法。智能反射面智能可調節超表面(RIS)也稱智能反射面(IRS)，其主要思想是通過引入可調節超表面有效控制入射信號的波形(例如相位、幅度、頻率和極化方式)，創建智能無線環境，實現覆蓋增強和能效提升。軌道角動量軌道角動量(OAM)電磁波通過多種OAM模式為移動通信系統提供了一種新型信道復用方法，利用自身的模式正交性可以實現以相同頻率發射但不同OAM模式編碼的獨立信道。如何產生蝸旋電磁波束是實現OAM通信的關鍵，在微波頻段利用圓形陣列天線是一種產生OAM波束的常用方法，并作為各種OAM通信實驗以及鏈路分析的基本模型。反射和透射陣列天線以及超表面天線由于可以改變陣面的相位分布實現波束賦形，也可用來產生OAM波束因而得到廣泛的關注。隨著6G通信研究的不斷深入，對多模、多頻/寬帶、多極化等OAM電磁波束的研究也將進入一個新的階段。同時同頻全雙工技術全雙工方式雙工方式主要是解決系統中用戶雙向通信的問題，常見的雙工方式包括頻分雙工(FDD)和時分雙工(TDD)。近年來，為了進一步提高頻譜效率，業界提出了同時同頻全雙工的概念。在同頻全雙工無線系統中，發射信號會對本地接收機產生很強的自干擾。蜂窩網絡的內部干擾包括單個小區內的干擾和多小區間的干擾。全雙工系統的干擾抑制常見的自干擾抑制技術包括空域、射頻域、數字域的自干擾抑制技術?？沼蛞种品椒沼蛞种品椒ㄊ菍l射天線與接收天線在空中接口處分離，從而降低發射機信號對接收機信號的干擾。(a)配置多發射天線(b)配置多接收天線射頻干擾消除射頻干擾消除將發射信號分成2路，一路經過天線輻射給目標節點，另一路作為參考信號經過幅度調節和相位調節，使接收天線空中接口收到的雙工干擾幅度相等、相位相反，并在合路器中實現雙工干擾的消除。數字干擾消除數字干擾消除器包括一個數字信道估計器和一個FIR數字濾波器。信道估