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深度解读华为5G空口新技术:F-OFDM和SCMA颠覆通信技术

2015-03-25 10:32
小伊琳
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  好了,第一个核心技术F-OFDM就介绍完了。聪明的大家一定会追问,F-OFDM解决了业务灵活性的问题,对于5G,这就够了吗?当然不够,我们还得再考虑考虑怎么利用有限的频谱,提高效率,容纳更多用户,提升更高吞吐率的问题啊。

  还是用火车的例子吧,虽然我们针对不同业务需求,划分了不同的座位,但是怎么在这一列有限空间的火车里,装更多的人呢?伟大的人民总是有无穷无尽的智慧,最简单的办法请往下看,系统容量瞬间翻番不是梦啊。

  图5 系统容量翻番案例

  不过等等,这样系统容量是扩大了,但是用户都挤在一起,彻底没法区分了,多用户解调就成Mission Impossible了,此路不通啊,还是得想其他办法。

  前面我们通过F-OFDM已经实现了在频域和时域的资源灵活复用,并把保护带宽降到了最小,为了进一步压榨频谱效率,还有哪些域的资源能复用呢?最容易想到的当然是空域和码域啊!

  空域的MIMO技术在LTE时代就提出来了,在5G时代会通过更多的天线数来进一步发扬光大。那码域呢,在LTE时代它好像被遗忘了,在5G时代能不能再发挥一把余热呢?Bingo!天才的想法,总是在这么不经意间灵光闪现!华为提出第二个核心技术SCMA(Sparse Code Multiple Access),正是采用这一思路,引入稀疏码本,通过码域的多址实现了频谱效率的3倍提升,下面我们来详细探究一下。

  F-OFDM已经实现了火车座位(子载波)根据旅客(业务需求)进行了自适应,进一步提升频谱效率就是需要在有限的座位(子载波)上塞进更多用户。方法说来也简单,座位就那么多,大家挤挤呗。

  打个比方,4个同类型的并排座位,我们完全可以塞6个人进去挤一挤嘛,这样不就轻松的实现了1.5倍的频谱效率提升了吗?听起来道理很简单吧,可是实现起来可不简单哦。这就涉及SCMA的第一个关键技术—低密度扩频,把单个子载波的用户数据扩频到4个子载波上,然后6个用户共享这4个子载波(参见图6)。之所以叫低密度扩频,是因为用户数据只占用了其中2个子载波(图中有颜色的格子),另外2个子载波是空的(图中白色的格子),这就相当于6个乘客坐4个座位,那每个乘客的屁股最多坐两个座位嘛。这也是SCMA中Sparse(稀疏)的来由。

  为啥一定要稀疏呢?如果不稀疏就是在全载波上扩频,那同一个子载波上就有6个用户的数据,冲突太厉害,多用户解调彻底就没法干啦。

  图6 SCMA原理图

  但是4个座位(子载波)塞了6个用户之后,乘客之间就不严格正交了(每个乘客占了两个座位啊,没法再通过座位号(子载波)来区分乘客了),如图所示,单一子载波上还是有3个用户的数据冲突了,多用户解调还是存在困难啊。

  这时候我们就用到了SCMA第二个关键技术,叫做高维调制。高维调制这个概念非常抽象,因为我们传统的IQ调制只有两维啊,幅度和相位,多出来的维代表啥呢?这里需要大家开一下脑洞,想象一下三体世界里半人马座α星人把一个质子展开到多维空间雕刻电路后再降维的过程,最终一个质子变成了一个无所不能的计算机,质子还是那个质子,不过功能大大增强啦。

  同样,我们通过高维调制技术,调制的还是相位和幅度,但是最终使得多用户的星座点之间欧氏距离拉的更远,多用户解调和抗干扰性能大大增强了。每个用户的数据都使用系统分配的稀疏码本进行了高维调制,而系统又知道每个用户的码本,就可以在不正交的情况下,把不同用户最终解调出来啦。这就相当于虽然我没法再用座位号来区分乘客,但是我给这些乘客贴上不同颜色的标签,结合座位号我还是能够把乘客给区分出来。

  就这样,SCMA在使用相同频谱的情况下,通过引入码域的多址,大大提升了频谱效率,通过使用数量更多的载波组,并调整稀疏度(多个子载波中单用户承载数据的子载波数),频谱效率可以提升3倍甚至更高。

  好啦,关于F-OFDM和SCMA我们就介绍到这儿吧,相信有了这两大空口关键技术支撑, 5G时代将带给我们更多革命性的业务体验,让我们拭目以待吧!

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