深度解讀華為5G空口新技術(shù)：F-OFDM和SCMA

　　好了，第一個(gè)核心技術(shù)F-OFDM就介紹完了。聰明的大家一定會(huì)追問(wèn)，F(xiàn)-OFDM解決了業(yè)務(wù)靈活性的問(wèn)題，對(duì)于5G，這就夠了嗎?當(dāng)然不夠，我們還得再考慮考慮怎么利用有限的頻譜，提高效率，容納更多用戶，提升更高吞吐率的問(wèn)題啊。

　　還是用火車的例子吧，雖然我們針對(duì)不同業(yè)務(wù)需求，劃分了不同的座位，但是怎么在這一列有限空間的火車?yán)铮b更多的人呢?偉大的人民總是有無(wú)窮無(wú)盡的智慧，最簡(jiǎn)單的辦法請(qǐng)往下看，系統(tǒng)容量瞬間翻番不是夢(mèng)啊。

　　圖5 系統(tǒng)容量翻番案例

　　不過(guò)等等，這樣系統(tǒng)容量是擴(kuò)大了，但是用戶都擠在一起，徹底沒(méi)法區(qū)分了，多用戶解調(diào)就成Mission Impossible了，此路不通啊，還是得想其他辦法。

　　前面我們通過(guò)F-OFDM已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了在頻域和時(shí)域的資源靈活復(fù)用，并把保護(hù)帶寬降到了最小，為了進(jìn)一步壓榨頻譜效率，還有哪些域的資源能復(fù)用呢?最容易想到的當(dāng)然是空域和碼域啊!

　　空域的MIMO技術(shù)在LTE時(shí)代就提出來(lái)了，在5G時(shí)代會(huì)通過(guò)更多的天線數(shù)來(lái)進(jìn)一步發(fā)揚(yáng)光大。那碼域呢，在LTE時(shí)代它好像被遺忘了，在5G時(shí)代能不能再發(fā)揮一把余熱呢?Bingo!天才的想法，總是在這么不經(jīng)意間靈光閃現(xiàn)!華為提出第二個(gè)核心技術(shù)SCMA(Sparse Code Multiple Access)，正是采用這一思路，引入稀疏碼本，通過(guò)碼域的多址實(shí)現(xiàn)了頻譜效率的3倍提升，下面我們來(lái)詳細(xì)探究一下。

　　F-OFDM已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了火車座位(子載波)根據(jù)旅客(業(yè)務(wù)需求)進(jìn)行了自適應(yīng)，進(jìn)一步提升頻譜效率就是需要在有限的座位(子載波)上塞進(jìn)更多用戶。方法說(shuō)來(lái)也簡(jiǎn)單，座位就那么多，大家擠擠唄。

　　打個(gè)比方，4個(gè)同類型的并排座位，我們完全可以塞6個(gè)人進(jìn)去擠一擠嘛，這樣不就輕松的實(shí)現(xiàn)了1.5倍的頻譜效率提升了嗎?聽(tīng)起來(lái)道理很簡(jiǎn)單吧，可是實(shí)現(xiàn)起來(lái)可不簡(jiǎn)單哦。這就涉及SCMA的第一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)—低密度擴(kuò)頻，把單個(gè)子載波的用戶數(shù)據(jù)擴(kuò)頻到4個(gè)子載波上，然后6個(gè)用戶共享這4個(gè)子載波(參見(jiàn)圖6)。之所以叫低密度擴(kuò)頻，是因?yàn)橛脩魯?shù)據(jù)只占用了其中2個(gè)子載波(圖中有顏色的格子)，另外2個(gè)子載波是空的(圖中白色的格子)，這就相當(dāng)于6個(gè)乘客坐4個(gè)座位，那每個(gè)乘客的屁股最多坐兩個(gè)座位嘛。這也是SCMA中Sparse(稀疏)的來(lái)由。

　　為啥一定要稀疏呢?如果不稀疏就是在全載波上擴(kuò)頻，那同一個(gè)子載波上就有6個(gè)用戶的數(shù)據(jù)，沖突太厲害，多用戶解調(diào)徹底就沒(méi)法干啦。

　　圖6 SCMA原理圖

　　但是4個(gè)座位(子載波)塞了6個(gè)用戶之后，乘客之間就不嚴(yán)格正交了(每個(gè)乘客占了兩個(gè)座位啊，沒(méi)法再通過(guò)座位號(hào)(子載波)來(lái)區(qū)分乘客了)，如圖所示，單一子載波上還是有3個(gè)用戶的數(shù)據(jù)沖突了，多用戶解調(diào)還是存在困難啊。

　　這時(shí)候我們就用到了SCMA第二個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，叫做高維調(diào)制。高維調(diào)制這個(gè)概念非常抽象，因?yàn)槲覀儌鹘y(tǒng)的IQ調(diào)制只有兩維啊，幅度和相位，多出來(lái)的維代表啥呢?這里需要大家開(kāi)一下腦洞，想象一下三體世界里半人馬座α星人把一個(gè)質(zhì)子展開(kāi)到多維空間雕刻電路后再降維的過(guò)程，最終一個(gè)質(zhì)子變成了一個(gè)無(wú)所不能的計(jì)算機(jī)，質(zhì)子還是那個(gè)質(zhì)子，不過(guò)功能大大增強(qiáng)啦。

　　同樣，我們通過(guò)高維調(diào)制技術(shù)，調(diào)制的還是相位和幅度，但是最終使得多用戶的星座點(diǎn)之間歐氏距離拉的更遠(yuǎn)，多用戶解調(diào)和抗干擾性能大大增強(qiáng)了。每個(gè)用戶的數(shù)據(jù)都使用系統(tǒng)分配的稀疏碼本進(jìn)行了高維調(diào)制，而系統(tǒng)又知道每個(gè)用戶的碼本，就可以在不正交的情況下，把不同用戶最終解調(diào)出來(lái)啦。這就相當(dāng)于雖然我沒(méi)法再用座位號(hào)來(lái)區(qū)分乘客，但是我給這些乘客貼上不同顏色的標(biāo)簽，結(jié)合座位號(hào)我還是能夠把乘客給區(qū)分出來(lái)。

　　就這樣，SCMA在使用相同頻譜的情況下，通過(guò)引入碼域的多址，大大提升了頻譜效率，通過(guò)使用數(shù)量更多的載波組，并調(diào)整稀疏度(多個(gè)子載波中單用戶承載數(shù)據(jù)的子載波數(shù))，頻譜效率可以提升3倍甚至更高。

　　好啦，關(guān)于F-OFDM和SCMA我們就介紹到這兒吧，相信有了這兩大空口關(guān)鍵技術(shù)支撐， 5G時(shí)代將帶給我們更多革命性的業(yè)務(wù)體驗(yàn)，讓我們拭目以待吧!