文章目录
- 第五代移动通信技术（5G）简介
- 数据传输率
- 带宽
- 频段
- LDPC码（低密度奇偶校验码）
- Polar码
- [大规模天线技术Massive MIMO](#大规模天线技术Massive MIMO)
第五代移动通信技术（5G）简介
特点：高速率、低时延、大连接。
同时支持中低频、高频频段。（4G仅支持中低频）。
采用LDPC（一种具有稀疏校验矩阵的分组纠错码）、Polar（一种基于信道极化理论的线性分组码）新型信道编码方案、性能更强的大规模天线技术（Massive MIMO）等。
应用场景
增强移动带宽（eMBB）：移动互联网。
超高可靠低时延通信（uRLLC）：工业控制、远程医疗、自动驾驶等。
海量机器类通信（mMTC）：智慧城市、智能家居、环境监测等以传感和数据采集为目标的应用需求。
数据传输率
单位时间传输的数据量，通常用bps来衡量。
带宽
信号频率的范围，也就是最高和最低频率之差，单位是赫兹（Hz）。
根据香农定理，带宽越大，信道容量越高，传输速率越快 。
eg：带宽为车道数量（如4车道 vs 8车道）。车道越多（带宽越大），同时通行的车辆越多（吞吐量越高），拥堵概率越低（延迟更稳定）。
频段
电磁波的范围。
eg：28 GHz指中心频率为28 GHz（波长约10.7毫米）的电磁波范围。
频段 VS 带宽
28 GHz频段800 MHz带宽：该频段内可用的频谱宽度（频率范围）。800 MHz带宽意味着从28 GHz开始，有800 MHz的连续频谱可供使用，比如从28.0 GHz到28.8 GHz。
中低频（6 GHz以下）：覆盖范围广、穿透力强
被广泛用于移动通信。4G、Wi-Fi、广播电视、卫星通信、军事雷达等。
低频段带宽有限，因为已经被其他服务占用，碎片化严重。每个频段在同一时间、同一地点只能被一种服务独占使用，否则会产生干扰。
低频段（Sub-1 GHz）：
带宽窄（通常5~20 MHz）。
特点：覆盖广但容量低，适合语音通话和物联网。
示例：4G的700 MHz频段带宽仅10 MHz，单基站峰值速率约50 Mbps。
中频段（Sub-6 GHz）：
带宽中等（100~200 MHz）。
特点：平衡覆盖与容量，5G主流频段。
eg：3.5 GHz频段带宽100 MHz，理论峰值速率2 Gbps。
高频（24 GHz以上）：满足在热点区域提升容量的需求
覆盖范围小，但带宽大，适合高速数据传输。高频段有更多可用的连续频谱资源，资源更充裕。
由基站天线阵列和终端射频前端协同生成和发射。
毫米波
波长在1毫米到10毫米之间（频率越高，波长越短）。
带宽极大（400~800 MHz甚至更高）。
特点：覆盖小但容量极高，适合热点区域。
挑战：覆盖范围小、穿透力差，需要依赖波束成形和小基站密集部署来弥补。
eg：28 GHz频段800 MHz带宽，理论峰值速率超10 Gbps。
热点区域方案
小基站密集覆盖：在热点区域每100-200米部署毫米波小基站，形成"蜂窝+微蜂窝"多层网络。
干扰
多个信号在同一时间、同一频段或相邻频段上相互叠加，导致接收端无法正确解析目标信号的现象。
eg：演唱会现场发不出消息：数万人同时使用手机，基站过载导致信号满格但无法上网。
同一场馆内，运营商会部署多频段基站，如：
中国移动：2.6 GHz（n41） + 4.9 GHz（n79） + 700 MHz（n28）。
中国联通/电信：3.5 GHz（n78） + 2.1 GHz（n1）。
LDPC码（低密度奇偶校验码）
高吞吐量、低延迟，适合大数据块。
破解了高速数据传输的可靠性瓶颈，支撑eMBB的极致速率需求。
核心原理
稀疏校验矩阵：校验矩阵中"1"的密度极低，使得译码复杂度低且并行度高。
迭代译码算法：基于置信传播（BP算法），通过多次迭代逼近最优解，适合处理大数据块。
场景
5G eMBB（增强型移动宽带）场景的数据信道（DL-SCH/UL-SCH），如用户数据传输。在5G NR中，LDPC码用于下行和上行共享信道，码长范围从40到8448比特，适配不同业务需求。
Polar码
在短码长时接近香农极限，适合控制信息。
在低功耗、高可靠场景中不可替代，是URLLC和mMTC的基石。
核心原理
信道极化：通过递归信道合并与分裂，将N个独立信道转化为"完全可靠"和"完全不可靠"的两类信道，仅通过可靠信道传输信息位。
串行抵消（SC）译码：复杂度低，但性能接近香农极限，尤其在短码长时优势显著。
场景
5G URLLC（超可靠低时延通信）和mMTC（大规模机器通信）的控制信道（如ACK/NACK、调度指令）。
控制信道（DCI/UCI）：5G中下行控制信息（DCI）和上行控制信息（UCI）均采用Polar码，码长通常为12-512比特。
大规模天线技术Massive MIMO
为高频段提供可控的传播环境。
通过空间维度扩展，将频谱效率和覆盖能力推向新高度。
核心原理
天线数量跃升：基站部署64-256个天线阵元（Sub-6 GHz）或1024个阵元（毫米波），形成高增益波束。
波束成形与空分复用：
波束成形（Beamforming）：通过相位控制聚焦信号能量，提升覆盖和信噪比。
多用户MIMO（MU-MIMO）：同时服务数十个用户，频谱效率提升5-10倍。
应用
Sub-6 GHz广域覆盖和毫米波热点容量提升。
优势：
覆盖增强：波束成形使毫米波覆盖距离从50米扩展至500米。
容量突破：64T64R天线配置下，小区容量可达10 Gbps/km²。
干扰抑制：通过零陷（Null Steering）技术降低邻区干扰。
eg：
毫米波基站：采用256阵元相控阵，波束宽度1°-5°，单用户峰值速率超10 Gbps。