6、5G及未来的灵活认知无线电接入技术与波形设计

5G及未来的灵活认知无线电接入技术与波形设计

1. 5G及未来无线电接入技术概述

无线移动通信的标准化活动始于20世纪80年代的模拟标准，此后大约每10年就会开发出新一代技术，以满足呈指数级增长的市场需求。从第二代（2G）系统开始，移动通信从模拟向数字过渡，并引入了移动数据服务。第三代（3G）数字技术使移动设备能够实现视频通话和全球定位系统服务。第四代（4G）系统通过使用正交频分多址（OFDMA）作为空中接口，进一步挖掘了时频资源的潜力，推动了数据服务的发展。目前，第五代（5G）技术的研究已基本完成，全球多个城市也已启动了5G测试网络。

未来的无线通信技术旨在在同一网络下支持多样化的服务。例如，国际电信联盟（ITU）定义了5G移动网络将支持的主要用例，包括增强型移动宽带（eMBB）、大规模机器类型通信（mMTC）和超可靠低延迟通信（URLLC）。对高数据速率和更好频谱效率有需求的应用属于eMBB类别；需要超高连接密度和低功耗的应用属于mMTC类别；对错误和重传容忍度较低的关键任务应用则属于URLLC类别。为了满足这些多样化的服务需求，需要一个灵活的空中接口，而波形作为空中接口的主要组成部分，必须进行精确设计以实现这种灵活性。

2. 正交频分复用（OFDM）及其局限性

OFDM是目前在各种标准中广泛使用的波形，如4G长期演进（LTE）和IEEE 802.11系列。它具有一些诱人的特点，包括高效的硬件实现、低复杂度的均衡以及易于集成多输入多输出（MIMO）技术。然而，OFDM也存在一些严重的缺点，如高带外发射（OOBE）、高峰均功率比（PAPR）和严格的同步要求。此外，4G LTE为了追求正交性采用了统一的OFDM参数配置，无法有效地满足不同的需求。尽管已经提