电池吸血鬼——5G毫米波

翻译自——spectrum，MichaelKoziol

技术名词：正交频分复用(OFDM)，R16，电池消耗，峰值平均功率比(pApR)，非正交多址技术(NOMA)

运营商在紧锣密鼓的部署5G网络，3Gpp同时在考虑其他方式来调制无线电信号。一些专家表示，应该有一个更加有效的调制技术去支持5G的发展。

2017年，3Gpp成员们就是否加快5G标准的发展争论不休。这项最初由沃达丰提出、最终得到集团其他成员同意的提议承诺，通过同时开发5G的更多方面技术，从而更快地交付5G网络。

采纳这一提议可能还意味着在未来推动其他的决策。其中一个决定涉及5G网络应该如何编码无线信号。3Gpp的R15标准为5G奠定了基础，最终选择了正交频分复用(OFDM)作为编码选项，这是4G的延续。

但预计在今年年底公布的R16标准将包括一个研究小组的研究结果，该小组的任务是探索可替代的方法。无线标准经常更新，在下一个5G版本中，业界可能会关注OFDM是否会在5G设备和基站中消耗太多电能。因为5G预计要更多的基站来供应服务，并连接数十亿移动和物联网设备。

美国国家仪器公司(NationalInstrumentsCorp.)负责RF和软件无线电研究的营销总监JamesKimery说，“我不认为运营商真正理解了耗能对手机以及它对电池寿命的影响。5G将会有一个附属价格，这个价格就是电池消耗。”

Kimery指出，这些担忧并不局限于5G手机。他表示，我国移动一直对基站的耗电量“直言不讳”。一般来说，5G基站的耗电量大约是4G基站的三倍，同样的区域还要更多的5G基站。

那么，5G是如何陷入潜在的耗电困境的呢?其中，OFDM发挥了很大的用途。使用OFDM传输数据，方法是将数据分割成多个部分，然后以不同的频率同时发送这些部分，使这些部分“正交”(意思是它们互不干扰)。

这样做的代价是OFDM具有较高的峰值平均功率比(pApR)。一般来说，OFDM信号的正交部分积极地在传递能量——也就是说，防止信号彼此抵消的特性也阻止了各部分的能量抵消其他部分的能量。这意味着任何接收器都要同时吸收大量能量，而任何发射器都要同时释放大量能量。这些高能量的实例导致OFDM的高pApR，使得该方法的能量效率低于其他编码方法。

中兴通讯无线标准首席工程师袁逸飞指出，5G有一些新兴的应用，使得高pApR将不再是个问题。他同时也是3Gpp的5G非正交多址可能性研究小组的报告员，他特别指出了大规模的机器类型通信，比如大规模的物联网部署。

通常，当多个用户(如一组物联网设备)使用OFDM通信时，他们的通信将使用正交频分多址(OFDMA)进行组织，OFDMA为每个用户分配一块频谱。(为了防止混淆，请记住OFDM是如何编码每个设备的信号的，而OFDMA是确保总体上一个设备的信号不会干扰到任何其他设备)关于大型物联网网络来说，为每台设备使用不同频谱的物流可能会迅速失控，但关于5G连接的机器，将公布15个已建立的OFDMA，重要是因为这是4G网络上使用的。

袁的团队正在考虑的一个很有前景的替代方法，非正交多址技术[1](NOMA)，可以供应OFDM优势，同时在相同的频谱上重叠用户。

目前，袁逸飞认为OFDM和OFDMA将满足5G的早期需求。他预计5G将首先被智能手机使用，目前计划于2019年十二月公布的R16完成后，但大规模机器通信等应用程序至少还要一两年才会问世。

但是假如网络供应商想要更新他们的设备来供应NOMA，很可能会有额外成本。“这不会是免费的，“特别是关于基站站点。至少，基站要软件更新来处理NOMA，但它们也可能要更先进的接收器、更强的处理能力或其他硬件升级。”袁逸飞说到。

Kimery关于该行业将采用任何非OFDMA的做法并不乐观。“假如有可能会有另一种选择，”他表示。“但可能性不大。一旦某件事得到执行，就很难改变。”

[1]在最新的5G新型多址技术研究中，基于功率域复用的非正交多址接入（non-orthogonalmultipleaccess，NOMA）技术是5G网络的一个重要的候选技术，日益受到产业界的重视，不仅可满足5G在频谱效率和连接数等方面的需求，还可以满足低时延、高可靠性、大规模连接、提高公平性和高吞吐量的异构需求。与传统的正交多址接入（orthogonalmultipleaccess，OMA）方法不同，NOMA可以利用功率域、时域、频域、码域来实现多路访问，在发送机端采用非正交发送，主动引入干扰信息，在接收端通过串行干扰消除（successiveinterferencecancellation，SIC）技术按照一定的顺序进行多用户检测、正确解调以及干扰消除，以便获得自己的信息。