深度解读华为5G空口新技术：F-OFDM和SCMA

　　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!