技术贴：5G商用在即，再聊5G新空口物理层
用于5G的大规模MIMO
MIMO方法可再进一步演变为大规模MIMO。当系统的gNB天线比每个信令资源的UE设备数量高 出很多倍时，便可部署大规模MIMO配置。gNB天线的数量远高于UE设备时，频谱效率会大幅提 高。与现在的4G系统相比，这种条件使系统能够在同一频段内同时为更多的设备提供服务。 NI与三星等行业领先企业携手，继续通过其软件无线电平台和用于快速无线原型验证的灵活软件展示大规模MIMO系统的可行性。
目前，大规模MIMO的主要研究焦点是低于6GHz的频率。此范围的频谱非常稀缺，且价值非常高。 在这些频段中，大规模MIMO系统可以通过空间复用多个终端来显著提高频谱效率。 而大规模MIMO系统的另一个优势是可以为覆盖区域内的所有UE提供更好且更一致的服务。
用于5G的毫米波
当前，业内研究人员已将可用的毫米波波段作为下一个前沿研究领域，以满足未来需要庞大数据的无线应用需求。运行在28 GHz及以上的新型5G系统为更多信道提供更多可用频谱，这非常适用于数Gbps的链路。尽管这些频率相比6 GHz以下的频谱较不拥挤，但是却会受到不同传播效应的影响，例如更高的自由空间路径损耗和大气衰减、室内渗透力弱以及衍射效果差。 为了克服这些负面影响，毫米波天线阵列可以聚焦其波束并利用天线阵列增益。幸运的是，这些天 线阵列的尺寸随着工作频率的增加而减小，从而允许在与单个sub-6GHz元件相同的面积内容纳包 含更多元件的毫米波天线阵列。
通过模拟波束控制简化复杂性
大规模MU-MIMO系统需要比UE设备多得多的发射RF链路才能进行适当的空间复用。这与仅通过一个RF链馈送到多个天线的系统不同，在单RF链中，多个天线的相位通过类似的方式进行控制，以便聚焦和控制辐射方向。对于MU-MIMO目的，这样的系统可以归类为具有方向性可控制天线的单天线终端。
大规模MIMO系统的主要缺点之一是集成和部署大量RF链非常复杂性，而且成本高昂，特别是在毫米波频率下。研究人员已经提出了几种混合(数字和模拟)波束成形方案，以允许5G gNB在维持大量天线的同时，不断降低MU-MIMO的实现成本。
最后，我们刚才提到，在毫米波频率下，信道相干时间显着降低，这给移动应用带来了严格的限制。 研究人员需要继续研究在毫米波频率下改善UE移动性的新方法，但很可能第一次5G毫米波部署将用于固定无线接入应用，例如回程和侧链(Side Link)。
管理波束
使用毫米波波段的主要技术挑战之一是在超过20 GHz的频率，信号传播损耗非常高。实际上，这种损耗会减少可能的小区覆盖区域和范围。为了弥补这一缺陷，标准制定者采用基于天线阵列的波束形成技术，将RF能量聚焦到单个用户并提高信号增益。但是，UE不能再依靠毫米波gNB进行全向传输信号来建立初始连接。
NR标准针对UE采用了新的过程来建立与gNB的初始接入。在到达新小区覆盖区域时，UE无需识别波束的位置，而是忽略gNB当前正在发送的波束方向，便开始网络接入过程。 NR初始接入过程为UE建立与gNB的通信提供了一个有效的解决方案。它解决了盲目寻找gNB的 问题，不仅适用于毫米波运行，而且适用于低于6 GHz的全向通信。这意味着初始接入过程必须应用于单波束和多波束场景，此外还必须支持NR和LTE共存。
Bandwidth Part
在未来的5G应用中，由于不同频谱的可用性，大量设备和仪器将在不同的频段中运行。举个例子， 比如一个RF带宽有限的UE需要与可以使用载波聚合来填充整个信道的强大设备以及可以使用单 个RF链来覆盖整个信道的第三个设备一起工作。
尽管大带宽会直接提高用户可以体验到的数据速率，但这是需要付出代价的。当UE不需要高数据 速率时，大带宽会导致RF和基带处理资源被低效利用，这无疑是一种浪费。
为了解决这个问题，3GPP提出了一个新概念——bandwidth par(tBWP)：网络使用一个宽带载波来配置某个UE，并使用载波聚合独立地为其他UE分配一组带内连续分量载波。这允许具有不同功能的各种设备共享相同的宽带载波。 这种针对UE的不同RF性能进行调整的灵活网络操作是LTE无法实现的。
结论：LTE和5G NR PHY比较
5G NR优于当前LTE的一些基本技术特征：
更高的频谱利用率
灵活的参数集(Numerology)和框架结构
动态管理TDD资源
通过增加信道带宽在毫米波频率下工作
总之，5G无线技术有望为全球更多的人群提供大量可靠、数据丰富且高度连接的应用。虽然部署可支持这一目标的基础设施以及开发下一代5G设备会面临着各种严峻的设计和测试挑战，但NI基于平台的无线技术设计、原型验证和测试方法将成为未来十年实现5G的关键。
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