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5G技術標準與行業趨勢報告

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5G：認識5G關鍵技術

• 1、SDR
  • 定義
    軟件定義的無線電(Software Defined Radio，SDR) 是一種無線電廣播通信技術，它基於軟件定義的無線通信協議而非通過硬連線實現。頻帶、空中接口協議和功能可通過軟件下載和更新來升級，而不用完全更換硬件。
    
    所謂軟件無線電，其關鍵思想是構造一個具有開放性、標準化、模塊化的通用硬件平臺，各種功能，如工作頻段、調制解調類型、數據格式、加密模式、通信協議等，用軟件來完成，並使寬帶A/D和D/A轉換器盡可能靠近天線，以研制出具有高度靈活性、開放性的新一代無線通信系統。可以說這種平臺是可用軟件控制和再定義的平臺，選用不同軟件模塊就可以實現不同的功能，而且軟件可以升級更新。其硬件也可以像計算機一樣不斷地更新模塊和升級換代。由於軟件無線電的各種功能是用軟件實現的，如果要實現新的業務或調制方式只要增加一個新的軟件模塊即可。同時，由於它能形成各種調制波形和通信協議，故還可以與舊體制的各種電臺通信，大大延長了電臺的使用周期，也節約了成本開支。
    
    
    
  • 特性
    1）具有很強的靈活性。軟件無線電可以通過增加軟件模塊，很容易地增加新的功能。它可以與其它任何電臺進行通信，並可以作為其它電臺的射頻中繼。可以通過無線加載來改變軟件模塊或更新軟件。為了減少開支，可以根據所需功能的強弱，取舍選用的軟件模塊。?
    
    2）具有較強的開放性。軟件無線電由於采用了標準化、模塊化的結構，其硬件可以隨著器件和技術的發展而更新或擴展。軟件也可以隨需要而不斷升級。軟件無線電不僅能和新體制電臺通信，還能與舊式體制電臺相兼容。這樣，既延長了舊體制電臺的使用壽命，也保證了軟件無線電本身有很長的生命周期。
    
    
  • 簡單描述
    通用硬件+軟件可升級（動態加載新的波形和協議可使用不同的波形和協議操作 ）。
    
    
    
• 2、MIMO
  
  
  • 定義
    MIMO：(Multiple-Input Multiple-Output)技術指在發射端和接收端分別使用多個發射天線和接收天線，使信號通過發射端與接收端的多個天線傳送和接收，從而改善通信質量。它能充分利用空間資源，通過多個天線實現多發多收，在不增加頻譜資源和天線發射功率的情況下，可以成倍的提高系統信道容量，顯示出明顯的優勢、被視為下一代移動通信的核心技術。
    
    
  • 特性
    1）基本原理
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    發射端通過空時映射將要發送的數據信號映射到多根天線上發送出去，接收端將各根天線接收到的信號進行空時譯碼從而恢復出發射端發送的數據信號。
    2）分類
    A）空間分集：每個發送相同的信息，對抗多徑幹擾。
    
    空間分集是指利用多根發送天線將具有相同信息的信號通過不同的路徑發送出去，同時在接收機端獲得同一個數據符號的多個獨立衰落的信號，從而獲得分集提高的接收可靠性。舉例來說，在慢瑞利衰落信道中，使用一根 發射天線n 根接收天線，發送信號通過n 個不同的路徑。如果各個天線之間的衰落是獨立的，可以獲得最大的分集增益為n 。對於發射分集技術來說，同樣是利用多條路徑的增益來提高系統的可靠性。在一個具有m根發射天 線n 根接收天線的系統中，如果天線對之間的路徑增益是獨立均勻分布的瑞利衰落，可以獲得的最大分集增益為mn。目前在MIMO系統中常用的空間分集技術主要有空時分組碼（Space Time Block Code，STBC）和波束 成形技術。STBC是基於發送分集的一種重要編碼形式，其中最基本的是針對二天線設計的Alamouti方案。
    B）空分復用：每個天線發送不同信息，提升傳輸速率，頻譜利用率。
    （spatial multiplexing）工作在MIMO天線配置下，能夠在不增加帶寬的條件下，相比SISO系統成倍地提升信息傳輸速率，從而極大地提高了頻譜利用率。在發射端，高速率的數據流被分割為多個較低速率的子數據流，不 同的子數據流在不同的發射天線上在相同頻段上發射出去。如果發射端與接收端的天線陣列之間構成的空域子信道足夠不同，即能夠在時域和頻域之外額外提供空域的維度，使得在不同發射天線上傳送的信號之間能夠相互 區別，因此接收機能夠區分出這些並行的子數據流，而不需付出額外的頻率或者時間資源。空間復用技術在高信噪比條件下能夠極大提高信道容量，並且能夠在“開環”，即發射端無法獲得信道信息的條件下使用。 Foschini等人提出的“貝爾實驗室分層空時”（BLAST）是典型的空間復用技術。
    
    
  • 簡單介紹
    多天線發射、多天線接收+提升信道容量。
    
    
    
• 3、CCFD
  
  
  • 定義
    在空中接口方面，同時同頻全雙工(CCFD: Co-time Co-frequency Full Duplexing)技術(後面簡稱“全雙工”)能夠在相同頻率同時收發電磁波信號，相對於現在廣泛應用的時分雙工和頻分雙工，頻譜效率有望提升一倍。
    
    
  • 特性
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    核心問題是如何在本地接收機中抑制本地設備自己發射的信號(即自幹擾)。
    抵消方式有三種：
    
    1）天線抵消：被動自幹擾消除(Passive Cancellation)
    天線端主要采用增大收發天線隔離度的方法，如簡單的拉遠本地收發天線距離，采用定向天線隔離，在收發天線間增加隔離材料，或采用陣列波束，減弱接收天線處的幹擾信號強度等方法。
    2）射頻抵消
    3）基帶抵消
    對射頻和基帶部分的幹擾消除主要采用主動自幹擾消除方式，預先進行自幹擾信信號的幅度、相位做精確的估計，再重建自幹擾信號並與接收信號反相疊加，實現自幹擾消除。
    自幹擾參數估計越精確，自幹擾消除越徹底。
    制約全雙工自幹擾消除能力主要有自幹擾估計和重建過程中的誤差、放大器非線性等因素。
    
    
  • 簡單介紹
    相同頻率同時收發電磁波信號，提高頻譜使用效率。
    
    
• 4、OFDM
  
  
  • 定義
    OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交頻分復用技術，實際上OFDM是MCM(Multi Carrier Modulation)，多載波調制的一種。
    OFDM主要思想是：將信道分成若幹正交子信道，將高速數據信號轉換成並行的低速子數據流，調制到在每個子信道上進行傳輸。正交信號可以通過在接收端采用相關技術來分開，這樣可以減少子信道之間的相互幹擾(ISI) 。每個子信道上的信號帶寬小於信道的相關帶寬，因此每個子信道上可以看成平坦性衰落，從而可以消除碼間串擾，而且由於每個子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分，信道均衡變得相對容易。
    
    
  • 特性
    1）收發流程
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    在發射端，首先對比特流進行QAM或QPSK調制，然後依次經過串並變換和IFFT變換，再將並行數據轉化為串行數據，加上保護間隔（又稱“循環前綴”），形成OFDM碼元。在組幀時，須加入同步序列和信道估計序列，以便接收端進行突發檢測、同步和信道估計，最後輸出正交的基帶信號。
    
    在接收端，當接收機檢測到信號到達時，首先進行同步和信道估計。當完成時間同步、小數倍頻偏估計和糾正後，經過FFT變換，進行整數倍頻偏估計和糾正，此時得到的數據是QAM或QPSK的已調數據。對該數據進行相應的解調，就可得到比特流。
    
    2）調制方式
    OFDM是正交頻分復用，將信道分成若幹正交子信道，將高速數據信號轉換成並行的低速子數據流，調制到在每個子信道上進行傳輸。
    解調時要用一個有乘積積分功能的濾波器來提取每一路信號，由於各自載波之間的正交性，就可以很好地提取各路信號。
    
    在通信系統中，例如我們用手機打電話的時候，通話數據被采樣後，會形成D0、D1、D2、D3、D4、D5……這樣連續的數據流。
    FDM就是把這個序列中的元素依次地調制到指定的頻率後發送出去。
    OFDM就是先把序列劃分為D0、D4、D8……D1、D5、D9……D2、D6、D10……D3、D7、D11……這樣4個子序列（此處子序列個數僅為舉例，不代表實際個數），然後將第一個子序列的元素依次調制到頻率F1上並發送出去，第二個子序列的元素依次調制到頻率F2上並發送出去，第三個子序列的元素依次調制到頻率F3上並發送出去，第四個子序列的元素依次調制到頻率F4上並發送出去。F1、F2、F3、F4這四個頻率滿足兩兩正交的關系，如下圖所示。
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  • 簡單介紹
    OFDM：正交頻分復用。將原始信道分成若幹個子信道傳遞信號+提高傳輸速率、克服頻率選擇性衰落。

5G：認識5G關鍵技術