科普 | 了解 5G 核心技术

在无线通信中，频谱是移动网络运营商所需的、排在第一位的资源。所有移动网络运营商必须在各类技术上，有效地、高效率地使用宝贵的频谱资源。5G 正是围绕这一点来建设的，通过将服务、频谱和网络整合成一个内聚型架构，满足下一代移动体验带来的挑战。

为过渡到完整的 5G 实施例，移动网络运营商通过动态频谱共享技术（DSS），动态管理频谱配额。动态频谱共享技术是一种在不同空气接口标准（例如：3G、LTE 或 5G）之间智能化分配频谱资源的方法，以减少频谱浪费和优化用户体验。

对于其他相邻信号载波轻度使用的频谱，频谱共享技术能够解锁这部分频谱资源。动态频谱共享技术不仅能够提高频谱利用率，还能利用 FR2 毫米波频带上的共享频谱或非特许频谱。

5G NR 技术的最终目标是原生地、同时地支持特许频谱、共享频谱和非特许频谱，提高现有频谱资源的利用效率。例如，通过共享 FR1 和 FR2 频率范围的频谱配额，能够让新的 5G 中高频基站覆盖范围增加一倍，同时还能以每秒高达数亿比特的速率，向室内甚至蜂窝边缘递送数据。

载波聚合技术（CA）将多个移动网络载波合并成一条数据信道，以增加系统数据率，同时优化现有带宽的使用率。LTE 之所以能够逐渐提高下行链路数据率和接收数据率，让大量手机消费者获益，载波聚合技术功不可没。5G NR 技术扩大了这一趋势，在 FR1 和 FR2 中都使用载波聚合，最高支持 16 个分量载波。LTE 与 5G NR 都使用载波聚合的情况被称为“双重连接”。在双重连接模式下，同时使用 LTE 载波和 5G NR 载波。

载波聚合技术给 5G NR 带来许多优势，例如：

大规模 MIMO 被称为 5G 的骨干技术。大规模 MIMO 借助 LTEAdvanced 技术的一切前期工作成果，帮助承运商提高网络容量和数据率，同时减少支出。例如，大规模 MIMO 利用波束赋形技术（一种将多个天线的信号集中成为一条强波束的技术），通过将信号指向目标个体，以此降低能耗。另外，这种信号集中技术还有助于减少网络用户之间的干涉。对于消费者，大规模 MIMO 有可能带来与有线连接相等的无线数据率。

为实现这些优势，大规模 MIMO 技术使用大型天线阵列系统（AAS），天线阵列系统将射频收发链条合并成为单个阵列单元，通常由 16、32、64 或以上阵列元素组成。之所以采用这种大型天线阵列，是为了利用空间复用技术这个概念。空间复用技术能够在同一个频谱资源块内，递送多个平行的数据流。大规模 MIMO 实际上是通过扩大虚拟信道的总数，在不增加信号塔和频谱的情况下，提高网络容量和数据率。

目前运营商推介给消费者和企业的一项 5G 服务是基于 5G FR2 毫米波频谱的固定无线接入服务（FWA）。该技术让无线运营商能够进入家庭互联网市场，利用高数据率服务来挑战有线宽带提供商。固定无线接入技术是最早推出的 5G 服务技术之一。该技术能够为家庭和企业带来吉比特的互联网速度，并且其用时和成本仅为传统电缆和光纤设备的零头。该技术成为能够帮助 5G 服务提供商与数字用户线路（DSL）、光纤和电缆竞争的“最后一英里”解决方案。为此，该技术采用的是 FR2 毫米波频谱，同时还利用了天线阵列系统（大规模 MIMO 技术使用的天线阵列系统，采用全数字波束赋形或混合波束赋形）（参见图 1-5）。

图 1-5：端到端固定无线网络及其优势。

固定无线接入技术适合多个移动环境⸺稠密的城镇和郊区环境，以及室内外热点。无论使用环境是稠密还是稀疏，该技术都能提供高速度、低延时连接能力。

通过利用毫米波频谱，移动网络运营商能够支持最高 400 MHz 信道带宽，还能够实现吉比特数据率。尽管存在一些非视距挑战，但大规模 MIMO 的天线阵列系统能够减轻这些难题，该天线阵列系统利用多个天线，将数个收发信号集中到较小的空间区域，极大改善吞吐量和能量效率。数据流越大，数据率越高，辐射功率的使用效率也越高。

另外，毫米波技术也出现在新发布的手机版本中。这种高频技术将为我们提供低延时的掌上设备，不仅将改变我们家庭和企业的未来，而且将改变我们的日常生活。