5G为何这么快？得从这五大发明说起

从 2G、3G 到 4G，无线技术领域有着许许多多令人惊叹的创新，让我们现在拥有越来越快的网速，越来越多的应用。

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为了早日实现5G，Qualcomm 积极致力于 5G 设计，以促进并加快其发展。想要真正让 5G NR 和 5G 愿景变成现实，就不得不说五大关键无线发明。

下面就让 Qualcomm 的 John E. Smee 博士为你介绍一下这五大发明：

 

发明1

实现2n子载波间隔扩展的可扩展OFDM参数配置

5G NR 设计中最重要的决定之一是选择无线电波形和多址接入技术。在已经评估并且将继续评估多种方式的同时，Qualcomm 通过广泛研究（一年前在 Qualcomm Research 报告中发布）发现，正交频分复用 （OFDM） 体系 —— 具体来说包括循环前缀正交频分复用 （CP-OFDM）1 和离散傅里叶变换扩频正交频分复用 （DFT-S OFDM）2 ——是面向增强型移动宽带 （eMBB） 和更多其他场景的正确选择。

可扩展OFDM参数配置

由于 LTE 在下行链路中使用 OFDM 并且在上行链路中使用 DFT-S OFDM，我们的研究表明，上行链路支持 DFT-S-OFDM 和 CP OFDM 具有优势，基于场景自适应切换对于 DFT-S OFDM 的链路预算和 MIMO 空间复用都有好处。最近 3GPP NR 第 14 版研究项目同意在 eMBB 下行链路中支持 CP-OFDM 并且针对 eMBB 上行链路 DFT-S-OFDM 与 CP-OFDM 形成互补。

既然今天已经在使用 OFDM，那你或许会问“进一步创新路在何方？”

答案是可扩展的 OFDM 复频参数配置。

今天，通过 OFDM 音调（通常称为子载波）之间的 15 kHz 间隔——这几乎是固定的 OFDM 参数配置，LTE 支持最多 20 MHz 的载波带宽。借助 5G NR，我们已推出可扩展的 OFDM 参数配置，它能支持多种频谱频段/类型和部署模式。例如，5G NR 必须能够在有更大信道宽度（例如数百MHz）的毫米波频段上工作。我们的设计引入能够随着信道宽度而扩展的 OFDM 子载波间隔，当 FFT 为更大带宽扩展尺寸的时候，也不会增加处理的复杂性。

最近 3GPP 已在 5G NR 第 14 版研究项目中，选定了实现子载波间隔 2n 扩展的可扩展 OFDM 参数配置。

发明2

灵活、动态、自给式TDD子帧设计

5G NR 设计的另一个关键组件是将支持网络运营商在相同频率上高效复用构想的（和无法预料的）5G 服务的灵活框架。

Qualcomm 针对该 5G NR 框架设计的关键组件是自给式集成子帧。通过在相同子帧（例如，以TDD下行链路为中心的子帧）内包含数据传输和后解码确认来实现更低延迟。

有了 5G NR 自给式集成子帧，每个传输都是在一个时期内完成的模块化事物（例如，下行授权 》 下行数据 》 保护时间 》 上行确认）。除更低延迟之外，该模块化子帧设计支持前向兼容性、自适应 UL/DL 配置、先进互易天线技术（例如，基于快速上行探测的下行大规模 MIMO 导向）以及通过增加子帧头（例如，免授权频谱的竞争解决头）支持的其他使用场景 — 让该项发明成为满足许多 5G NR 需求的关键技术。

自给式集成子帧设计（例如，TDD下行链路）

发明3

先进、灵活的LDPC信道编码

连同可扩展参数配置和灵活的 5G NR 服务框架，物理层设计应包括可提供稳健性能和灵活性的高效信道编码方案。尽管 Turbo 码一直非常适合 3G 和 4G ，但 Qualcomm Research 已证明，从复杂性和实现角度来看，当扩展到极高吞吐量和更大块长度（block lengths）时，低密度奇偶校验码 （LDPC） 具有优势。

此外，LDPC 编码已被证明，对于需要一个高效混合 ARQ 体系的无线衰落信道来说，它是理想的解决方案。因此，最近 3GPP 选定先进的 LDPC 作为 eMBB 数据信道编码方案。

灵活的LDPC码支持吞吐量扩展

发明4

先进大规模MIMO天线技术

Qualcomm 的 5G 设计还促进 MIMO 天线技术发展。通过智能地使用更多天线，可以提升网络容量和覆盖面。即，更多空间数据流可以显著提高频谱效率（例如，借助多用户大规模MIMO），支持每赫兹传输更多比特，并且智能波束成形和波束跟踪可以通过在特定方向聚焦射频能量来扩展基站范围。

Qualcomm 已展示 5G NR大规模 MIMO 技术将如何在具有3D波束成形能力的基站，利用 2D 天线阵列开启 6 GHz 以下频谱的更高频段。借助快速互易 TDD 大规模MIMO，测试结果显示，面向在 3 GHz 至 5 GHz 频段工作的 5G NR 新部署重用现有宏蜂窝基站是可行的。全新多用户大规模 MIMO 设计的这些测试结果显示，容量和小区边缘用户吞吐量显著提升，这对提供更统一的 5G 移动宽带用户体验很关键。

Qualcomm 的 5G 设计不仅面向宏/小型基站部署支持使用 3 至 6 GHz频段的更高频率，而且将面向移动宽带开辟 24 GHz以上频段毫米波新机会。在这些高频上可用的充裕频谱能够提供将重塑数据体验的极致数据速度和容量。但是，动用毫米波伴随着一系列自身挑战。在这些更高频段上传输，遭遇高得多的路径损失并且容易受阻挡。但正如通过广泛测试Qualcomm Research 5G毫米波原型系统所证明的那样，动用毫米波频段的创想不再遥不可及。

Qualcomm 正利用基站和终端中的大量天线单元以及智能波束成形和波束跟踪算法展示持续宽带通信，甚至包括非视距通信和终端移动。Qualcomm 在该领域的早期研发已带来首款 5G 调制解调器 — 将支持早期 5G 毫米波试验和部署的高通骁龙 X50 5G 调制解调器。

Qualcomm Research 5G毫米波原型系统在28 GHz工作

发明5

先进频谱共享技术

频谱是移动通信最重要的资源，获得更多频谱意味着网络可以提供更高用户吞吐量和容量。但是频谱稀缺，Qualcomm 正在寻找充分利用现有资源的创新方式。Qualcomm 正在开创频谱共享技术，例如 LTE-U/LAA、LWA、LSA、CBRS 和 MulteFire。

5G NR设计为原生支持全部频谱类型，灵活地利用潜在频谱共享新范式，因帧结构的设计具有前向兼容性。这创造在 5G 中将频谱共享提升到新水平的创新机会。这些创新将提供更多可用频谱，但也通过支持可动态适应载荷工况的协作式分层共享机制提高总体利用率。为了让其变成现实，最近 Qualcomm 发布 5G NR 频谱共享原型系统，推动 3GPP 标准化并支持影响深远的试验。

5G NR频谱共享支持充分利用全部频谱类型

 

这五大关键发明仅仅是 Qualcomm 5G 设计一部分的几项惊人发明。如果没有合适的硬件、软件和固件推动，它们将只是纸上概念。Qualcomm 的 5G NR原型系统不仅用作公司 5G 设计的测试平台，还是密切跟踪 3GPP 标准化进度的试验平台，支持与领先移动网络运营商和基础设施厂商开展 5G NR 试验，例如 Qualcomm 最近宣布与 SK 电信和爱立信开展试验。这些活动对加快大规模5G商用网络部署至关重要。