5G物理层技术漫谈之：新空口波形技术标准之争

前言：

大规模天线阵列（Massive MIMO）作为5G的核心关键技术，是最没有争议的。因为从哪个角度看，空域的应用都是未来移动通信领域必不可少的一部分。因为随着空时信号处理技术的进一步完善，大规模天线阵列在军工相控阵领域的成熟应用和数字器件处理能力的不断攀升，Massive MIMO 已经可以成为5G必不可少，而最能实现的一部分。

但相比于Massive MIMO的相对成熟而言，新空口技术标准却还是百家争鸣，莫衷一是～

1. 什么是新空口

这里，先要给大家介绍一下：什么是新空口？

在了解新空口之前，当然需要先要知道空口的定义。其实，空口就是“空中接口”的简称，是一个形象化的专业术语，是相对于有线通信中的“线路接口”概念而言的。如果说，有线通信中“线路接口”定义了物理尺寸和一系列的电信号或者光信号规范；无线通信技术当中，“空中接口”定义了终端设备与网络设备之间的电波传输的技术规范，使无线通信像有线通信一样可靠。

在我们的移动通信领域，不管是2G/3G/4G还是今天讲的5G，终端用户与基站都是通过“空中接口”来相互连线。而“空中接口”作为基站和终端用户间的无线传输规范，包括物理层，链路层和网络层。现在看来，5G在“空中接口”领域的标准之争，主要还是在物理层。因为各种移动通信技术标准的区别也体现在空中接口的物理层，而且物理层涉及的技术种类繁多（包括调制，编码，接入，双工，天线…），实线复杂度也更高。因此，对于移动通信领域的从业者而言，物理层技术的发展就是移动通信系统发展的标志。

而对于“空中接口”而言，除了前文Massive MIMO涉及的空间信号处理，最重要的就是我们常说的调制技术、纠错技术（通过编码实现）、以及我们处理多用户时遇到的多址接入技术。相比于传统的2G/3G/4G而言，5G在这些方面都有了新的表现形式，所以对于5G的新物理层空口技术，我们把它称之为“新型空中接口。” 因此，今天我们主要聊聊未来5G可能的物理层新技术。

2. 新空口之调制方式

调制在通信系统中占有十分重要的地位。只有经过调制才能将基带信号转换成适合于信道传输的已调信号，而且它对系统的传输有效性和可靠性有很大的影响。现有主流的移动通信技术，调制分成两大类，一类是单载波的扩频技术，以CDMA为代表；一类是多载波调制技术，以OFDM为代表。

OFDM（正交频分复用）是一种非常优秀的多载波调制技术，已经被广泛用于多种无线系统中，譬如现在主流的LTE和广电的DVB，都是用的OFDM。OFDM的主要优点是：频谱利用率高；能够很好地克服多径传播的影响；从基带处理的角度看，实现复杂度低。但也存在着峰均比高，对时间和频率敏感，容易引入载波干扰（ICI）和符号干扰（ICI）等问题。

而在频率选择性信道上的误码率（BER）性能方面，单载波和多载波调制的性能相差不大。对于广域场景的上行链路，单载波方式比多载波方式更为有效，因为峰均功率比（PAPR）较低，射频功放的成本低。此外，在使用相同类型的大功率功放情况下，采用单载波方式，将具有更高的发射功率、更大的覆盖和较低的BER，同时终端的待机时间长、成本低。

整体而言，调制方式的选择要综合考虑上下行链路的特点以及实现成本等多方面因素。那么在5G时代，我们的选择是什么呢？还是让我们先来看看主流的5G候选波形技术。