深度解讀華為5G空口新技術：F-OFDM和SCMA

　　好了，第一個核心技術F-OFDM就介紹完了。聰明的大家一定會追問，F(xiàn)-OFDM解決了業(yè)務靈活性的問題，對于5G，這就夠了嗎?當然不夠，我們還得再考慮考慮怎么利用有限的頻譜，提高效率，容納更多用戶，提升更高吞吐率的問題啊。

　　還是用火車的例子吧，雖然我們針對不同業(yè)務需求，劃分了不同的座位，但是怎么在這一列有限空間的火車里，裝更多的人呢?偉大的人民總是有無窮無盡的智慧，最簡單的辦法請往下看，系統(tǒng)容量瞬間翻番不是夢啊。

　　圖5 系統(tǒng)容量翻番案例

　　不過等等，這樣系統(tǒng)容量是擴大了，但是用戶都擠在一起，徹底沒法區(qū)分了，多用戶解調就成Mission Impossible了，此路不通啊，還是得想其他辦法。

　　前面我們通過F-OFDM已經(jīng)實現(xiàn)了在頻域和時域的資源靈活復用，并把保護帶寬降到了最小，為了進一步壓榨頻譜效率，還有哪些域的資源能復用呢?最容易想到的當然是空域和碼域啊!

　　空域的MIMO技術在LTE時代就提出來了，在5G時代會通過更多的天線數(shù)來進一步發(fā)揚光大。那碼域呢，在LTE時代它好像被遺忘了，在5G時代能不能再發(fā)揮一把余熱呢?Bingo!天才的想法，總是在這么不經(jīng)意間靈光閃現(xiàn)!華為提出第二個核心技術SCMA(Sparse Code Multiple Access)，正是采用這一思路，引入稀疏碼本，通過碼域的多址實現(xiàn)了頻譜效率的3倍提升，下面我們來詳細探究一下。

　　F-OFDM已經(jīng)實現(xiàn)了火車座位(子載波)根據(jù)旅客(業(yè)務需求)進行了自適應，進一步提升頻譜效率就是需要在有限的座位(子載波)上塞進更多用戶。方法說來也簡單，座位就那么多，大家擠擠唄。

　　打個比方，4個同類型的并排座位，我們完全可以塞6個人進去擠一擠嘛，這樣不就輕松的實現(xiàn)了1.5倍的頻譜效率提升了嗎?聽起來道理很簡單吧，可是實現(xiàn)起來可不簡單哦。這就涉及SCMA的第一個關鍵技術—低密度擴頻，把單個子載波的用戶數(shù)據(jù)擴頻到4個子載波上，然后6個用戶共享這4個子載波(參見圖6)。之所以叫低密度擴頻，是因為用戶數(shù)據(jù)只占用了其中2個子載波(圖中有顏色的格子)，另外2個子載波是空的(圖中白色的格子)，這就相當于6個乘客坐4個座位，那每個乘客的屁股最多坐兩個座位嘛。這也是SCMA中Sparse(稀疏)的來由。

　　為啥一定要稀疏呢?如果不稀疏就是在全載波上擴頻，那同一個子載波上就有6個用戶的數(shù)據(jù)，沖突太厲害，多用戶解調徹底就沒法干啦。

　　圖6 SCMA原理圖

　　但是4個座位(子載波)塞了6個用戶之后，乘客之間就不嚴格正交了(每個乘客占了兩個座位啊，沒法再通過座位號(子載波)來區(qū)分乘客了)，如圖所示，單一子載波上還是有3個用戶的數(shù)據(jù)沖突了，多用戶解調還是存在困難啊。

　　這時候我們就用到了SCMA第二個關鍵技術，叫做高維調制。高維調制這個概念非常抽象，因為我們傳統(tǒng)的IQ調制只有兩維啊，幅度和相位，多出來的維代表啥呢?這里需要大家開一下腦洞，想象一下三體世界里半人馬座α星人把一個質子展開到多維空間雕刻電路后再降維的過程，最終一個質子變成了一個無所不能的計算機，質子還是那個質子，不過功能大大增強啦。

　　同樣，我們通過高維調制技術，調制的還是相位和幅度，但是最終使得多用戶的星座點之間歐氏距離拉的更遠，多用戶解調和抗干擾性能大大增強了。每個用戶的數(shù)據(jù)都使用系統(tǒng)分配的稀疏碼本進行了高維調制，而系統(tǒng)又知道每個用戶的碼本，就可以在不正交的情況下，把不同用戶最終解調出來啦。這就相當于雖然我沒法再用座位號來區(qū)分乘客，但是我給這些乘客貼上不同顏色的標簽，結合座位號我還是能夠把乘客給區(qū)分出來。

　　就這樣，SCMA在使用相同頻譜的情況下，通過引入碼域的多址，大大提升了頻譜效率，通過使用數(shù)量更多的載波組，并調整稀疏度(多個子載波中單用戶承載數(shù)據(jù)的子載波數(shù))，頻譜效率可以提升3倍甚至更高。

　　好啦，關于F-OFDM和SCMA我們就介紹到這兒吧，相信有了這兩大空口關鍵技術支撐， 5G時代將帶給我們更多革命性的業(yè)務體驗，讓我們拭目以待吧!