5G為何這么快？得從這五大發(fā)明說起

從 2G、3G 到 4G，無線技術(shù)領(lǐng)域有著許許多多令人驚嘆的創(chuàng)新，讓我們現(xiàn)在擁有越來越快的網(wǎng)速，越來越多的應(yīng)用。

5G 移動網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)

將給我們的世界帶來翻天覆地的變化

智慧城市全城熱聯(lián)

自動駕駛夢想照進(jìn)現(xiàn)實

無人機應(yīng)用出新招

虛擬現(xiàn)實 （ VR ） 換個方式打開世界

為了早日實現(xiàn)5G，Qualcomm 積極致力于 5G 設(shè)計，以促進(jìn)并加快其發(fā)展。想要真正讓 5G NR 和 5G 愿景變成現(xiàn)實，就不得不說五大關(guān)鍵無線發(fā)明。

下面就讓 Qualcomm 的 John E. Smee 博士為你介紹一下這五大發(fā)明：

發(fā)明1

實現(xiàn)2n子載波間隔擴展的可擴展OFDM參數(shù)配置

5G NR 設(shè)計中最重要的決定之一是選擇無線電波形和多址接入技術(shù)。在已經(jīng)評估并且將繼續(xù)評估多種方式的同時，Qualcomm 通過廣泛研究（一年前在 Qualcomm Research 報告中發(fā)布）發(fā)現(xiàn)，正交頻分復(fù)用 （OFDM） 體系 —— 具體來說包括循環(huán)前綴正交頻分復(fù)用 （CP-OFDM）1 和離散傅里葉變換擴頻正交頻分復(fù)用 （DFT-S OFDM）2 ——是面向增強型移動寬帶 （eMBB） 和更多其他場景的正確選擇。

可擴展OFDM參數(shù)配置

由于 LTE 在下行鏈路中使用 OFDM 并且在上行鏈路中使用 DFT-S OFDM，我們的研究表明，上行鏈路支持 DFT-S-OFDM 和 CP OFDM 具有優(yōu)勢，基于場景自適應(yīng)切換對于 DFT-S OFDM 的鏈路預(yù)算和 MIMO 空間復(fù)用都有好處。最近 3GPP NR 第 14 版研究項目同意在 eMBB 下行鏈路中支持 CP-OFDM 并且針對 eMBB 上行鏈路 DFT-S-OFDM 與 CP-OFDM 形成互補。

既然今天已經(jīng)在使用 OFDM，那你或許會問“進(jìn)一步創(chuàng)新路在何方？”

答案是可擴展的 OFDM 復(fù)頻參數(shù)配置。

今天，通過 OFDM 音調(diào)（通常稱為子載波）之間的 15 kHz 間隔——這幾乎是固定的 OFDM 參數(shù)配置，LTE 支持最多 20 MHz 的載波帶寬。借助 5G NR，我們已推出可擴展的 OFDM 參數(shù)配置，它能支持多種頻譜頻段/類型和部署模式。例如，5G NR 必須能夠在有更大信道寬度（例如數(shù)百MHz）的毫米波頻段上工作。我們的設(shè)計引入能夠隨著信道寬度而擴展的 OFDM 子載波間隔，當(dāng) FFT 為更大帶寬擴展尺寸的時候，也不會增加處理的復(fù)雜性。

最近 3GPP 已在 5G NR 第 14 版研究項目中，選定了實現(xiàn)子載波間隔 2n 擴展的可擴展 OFDM 參數(shù)配置。

發(fā)明2

靈活、動態(tài)、自給式TDD子幀設(shè)計

5G NR 設(shè)計的另一個關(guān)鍵組件是將支持網(wǎng)絡(luò)運營商在相同頻率上高效復(fù)用構(gòu)想的（和無法預(yù)料的）5G 服務(wù)的靈活框架。

Qualcomm 針對該 5G NR 框架設(shè)計的關(guān)鍵組件是自給式集成子幀。通過在相同子幀（例如，以TDD下行鏈路為中心的子幀）內(nèi)包含數(shù)據(jù)傳輸和后解碼確認(rèn)來實現(xiàn)更低延遲。

有了 5G NR 自給式集成子幀，每個傳輸都是在一個時期內(nèi)完成的模塊化事物（例如，下行授權(quán) 》 下行數(shù)據(jù) 》 保護時間 》 上行確認(rèn)）。除更低延遲之外，該模塊化子幀設(shè)計支持前向兼容性、自適應(yīng) UL/DL 配置、先進(jìn)互易天線技術(shù)（例如，基于快速上行探測的下行大規(guī)模 MIMO 導(dǎo)向）以及通過增加子幀頭（例如，免授權(quán)頻譜的競爭解決頭）支持的其他使用場景 — 讓該項發(fā)明成為滿足許多 5G NR 需求的關(guān)鍵技術(shù)。

自給式集成子幀設(shè)計（例如，TDD下行鏈路）

發(fā)明3

先進(jìn)、靈活的LDPC信道編碼

連同可擴展參數(shù)配置和靈活的 5G NR 服務(wù)框架，物理層設(shè)計應(yīng)包括可提供穩(wěn)健性能和靈活性的高效信道編碼方案。盡管 Turbo 碼一直非常適合 3G 和 4G ，但 Qualcomm Research 已證明，從復(fù)雜性和實現(xiàn)角度來看，當(dāng)擴展到極高吞吐量和更大塊長度（block lengths）時，低密度奇偶校驗碼 （LDPC） 具有優(yōu)勢。

此外，LDPC 編碼已被證明，對于需要一個高效混合 ARQ 體系的無線衰落信道來說，它是理想的解決方案。因此，最近 3GPP 選定先進(jìn)的 LDPC 作為 eMBB 數(shù)據(jù)信道編碼方案。

靈活的LDPC碼支持吞吐量擴展

發(fā)明4

先進(jìn)大規(guī)模MIMO天線技術(shù)

Qualcomm 的 5G 設(shè)計還促進(jìn) MIMO 天線技術(shù)發(fā)展。通過智能地使用更多天線，可以提升網(wǎng)絡(luò)容量和覆蓋面。即，更多空間數(shù)據(jù)流可以顯著提高頻譜效率（例如，借助多用戶大規(guī)模MIMO），支持每赫茲傳輸更多比特，并且智能波束成形和波束跟蹤可以通過在特定方向聚焦射頻能量來擴展基站范圍。

Qualcomm 已展示 5G NR大規(guī)模 MIMO 技術(shù)將如何在具有3D波束成形能力的基站，利用 2D 天線陣列開啟 6 GHz 以下頻譜的更高頻段。借助快速互易 TDD 大規(guī)模MIMO，測試結(jié)果顯示，面向在 3 GHz 至 5 GHz 頻段工作的 5G NR 新部署重用現(xiàn)有宏蜂窩基站是可行的。全新多用戶大規(guī)模 MIMO 設(shè)計的這些測試結(jié)果顯示，容量和小區(qū)邊緣用戶吞吐量顯著提升，這對提供更統(tǒng)一的 5G 移動寬帶用戶體驗很關(guān)鍵。

Qualcomm 的 5G 設(shè)計不僅面向宏/小型基站部署支持使用 3 至 6 GHz頻段的更高頻率，而且將面向移動寬帶開辟 24 GHz以上頻段毫米波新機會。在這些高頻上可用的充裕頻譜能夠提供將重塑數(shù)據(jù)體驗的極致數(shù)據(jù)速度和容量。但是，動用毫米波伴隨著一系列自身挑戰(zhàn)。在這些更高頻段上傳輸，遭遇高得多的路徑損失并且容易受阻擋。但正如通過廣泛測試Qualcomm Research 5G毫米波原型系統(tǒng)所證明的那樣，動用毫米波頻段的創(chuàng)想不再遙不可及。

Qualcomm 正利用基站和終端中的大量天線單元以及智能波束成形和波束跟蹤算法展示持續(xù)寬帶通信，甚至包括非視距通信和終端移動。Qualcomm 在該領(lǐng)域的早期研發(fā)已帶來首款 5G 調(diào)制解調(diào)器 — 將支持早期 5G 毫米波試驗和部署的高通驍龍 X50 5G 調(diào)制解調(diào)器。

Qualcomm Research 5G毫米波原型系統(tǒng)在28 GHz工作

發(fā)明5

先進(jìn)頻譜共享技術(shù)

頻譜是移動通信最重要的資源，獲得更多頻譜意味著網(wǎng)絡(luò)可以提供更高用戶吞吐量和容量。但是頻譜稀缺，Qualcomm 正在尋找充分利用現(xiàn)有資源的創(chuàng)新方式。Qualcomm 正在開創(chuàng)頻譜共享技術(shù)，例如 LTE-U/LAA、LWA、LSA、CBRS 和 MulteFire。

5G NR設(shè)計為原生支持全部頻譜類型，靈活地利用潛在頻譜共享新范式，因幀結(jié)構(gòu)的設(shè)計具有前向兼容性。這創(chuàng)造在 5G 中將頻譜共享提升到新水平的創(chuàng)新機會。這些創(chuàng)新將提供更多可用頻譜，但也通過支持可動態(tài)適應(yīng)載荷工況的協(xié)作式分層共享機制提高總體利用率。為了讓其變成現(xiàn)實，最近 Qualcomm 發(fā)布 5G NR 頻譜共享原型系統(tǒng)，推動 3GPP 標(biāo)準(zhǔn)化并支持影響深遠(yuǎn)的試驗。

5G NR頻譜共享支持充分利用全部頻譜類型

這五大關(guān)鍵發(fā)明僅僅是 Qualcomm 5G 設(shè)計一部分的幾項驚人發(fā)明。如果沒有合適的硬件、軟件和固件推動，它們將只是紙上概念。Qualcomm 的 5G NR原型系統(tǒng)不僅用作公司 5G 設(shè)計的測試平臺，還是密切跟蹤 3GPP 標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)度的試驗平臺，支持與領(lǐng)先移動網(wǎng)絡(luò)運營商和基礎(chǔ)設(shè)施廠商開展 5G NR 試驗，例如 Qualcomm 最近宣布與 SK 電信和愛立信開展試驗。這些活動對加快大規(guī)模5G商用網(wǎng)絡(luò)部署至關(guān)重要。