4、5G及未来的波形设计与无线接入技术

5G及未来的波形设计与无线接入技术

1. 帧结构与波形基础

帧结构可定义为多用户信息的封装形式，而波形则是生成对应多用户（和/或多信息数据）的集体物理信号的过程，这些用户和数据占据超空间。波形利用帧结构来表征多址接入方案，该方案控制着多用户和多形状在超空间中的资源共享。单个脉冲形状在帧结构下组合形成波形，帧通过波形处理控制脉冲形状之间的相互作用。例如，若对波形设计的整体性能有益，格点可作为保护间隔，格点无需承载数据，由帧结构控制。波形帧由通信系统中的调度单元构成，通过波形设计的帧结构可进行参数分配、波形处理（脉冲形状处理和保护间隔利用）、正交多址接入（OMA）、非正交多址接入（NOMA）和双工决策等操作。

2. 波形与各层面的关系

2.1 与MAC和网络层的关系

MAC层决定用户之间的资源分配，它与波形帧共同控制资源分配和调度机制。对于网络层，若波形设计的任何格域存在重叠，该域的同步可能会变得困难，重叠若存在任何不对准情况会导致干扰，因此同步网络在处理格域有重叠的波形设计时会存在问题。

2.2 与无线信道的关系

单载波和多载波波形设计对信道有不同影响。单载波波形将整个带宽用于一个载波，若传输带宽大于相干带宽，信道会变为频率选择性信道；多载波波形将传输带宽划分为子载波，若窄带小于相干带宽，每个带宽部分会收到平坦响应。此外，子载波间隔的下限通常由相干时间决定，以处理载波间干扰（ICI）。单载波波形在多普勒扩展方面表现更好，适用于时间选择性信道（频域色散）；多载波波形则适用于频率选择性信道（时域色散）。例如，若存在频率选择性，波形设计需使用频域局部化脉冲；若存在时间选择性，则需使用时域局部化脉冲；若存在空间选择性，