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    詳解5G的六大關鍵技術

    2018年09月24日 10:55  點擊:[]

    2013年12月,第四代移動通信(4G)牌照發放,4G技術正式走向商用。與此同時,面向下一代移動通信需求的第五代移動通信(5G)的研發也早已在世界范圍內如火如荼地展開。5G研發的進程如何,在研發過程中會遇到哪些問題?本版將從即日起陸續刊發“5G發展系列報道”,敬請關注。

    在移動通信的演進歷程中,我國依次經歷了“2G跟蹤,3G突破,4G同步”的各個階段。在5G時代,我國立志于占據技術制高點,全面發力5G相關工作。組織成立IMT-2020(5G)推進組,推動重大專項“新一代寬帶無線移動通信網”向5G轉變,啟動“5G系統前期研究開發”等,從5G業務、頻率、無線傳輸與組網技術、評估測試驗證技術、標準化及知識產權等各個方面,探究5G的發展愿景。

    在5G研發剛起步的情況下,如何建立一套全面的5G關鍵技術評估指標體系和評估方法,實現客觀有效的第三方評估,服務技術與資源管理的發展需要,同樣是當前5G技術發展所面臨的重要問題。

    作為國家無線電管理技術機構,國家無線電監測中心(以下簡稱監測中心)正積極參與到5G相關的組織與研究項目中。目前,監測中心頻譜工程實驗室正在大力建設基于面向服務的架構(SOA)的開放式電磁兼容分析測試平臺,實現大規模軟件、硬件及高性能測試儀器儀表的集成與應用,將為無線電管理機構、科研院所及業界相關單位等提供良好的無線電系統研究、開發與驗證實驗環境。面向5G關鍵技術評估工作,監測中心計劃利用該平臺搭建5G系統測試與驗證環境,從而實現對5G各項關鍵技術客觀高效的評估。

    為充分把握5G技術命脈,確保與時俱進,監測中心積極投入到5G關鍵技術的跟蹤梳理與研究工作當中,為5G頻率規劃、監測以及關鍵技術評估測試驗證等工作提前進行技術儲備。下面對其中一些關鍵技術進行簡要剖析和解讀。

    關鍵技術1:高頻段傳輸

    移動通信傳統工作頻段主要集中在3GHz以下,這使得頻譜資源十分擁擠,而在高頻段(如毫米波、厘米波頻段)可用頻譜資源豐富,能夠有效緩解頻譜資源緊張的現狀,可以實現極高速短距離通信,支持5G容量和傳輸速率等方面的需求。

    高頻段在移動通信中的應用是未來的發展趨勢,業界對此高度關注。足夠量的可用帶寬、小型化的天線和設備、較高的天線增益是高頻段毫米波移動通信的主要優點,但也存在傳輸距離短、穿透和繞射能力差、容易受氣候環境影響等缺點。射頻器件、系統設計等方面的問題也有待進一步研究和解決。

    監測中心目前正在積極開展高頻段需求研究以及潛在候選頻段的遴選工作。高頻段資源雖然目前較為豐富,但是仍需要進行科學規劃,統籌兼顧,從而使寶貴的頻譜資源得到最優配置。

    關鍵技術2:新型多天線傳輸

    多天線技術經歷了從無源到有源,從二維(2D)到三維(3D),從高階MIMO到大規模陣列的發展,將有望實現頻譜效率提升數十倍甚至更高,是目前5G技術重要的研究方向之一。

    由于引入了有源天線陣列,基站側可支持的協作天線數量將達到128根。此外,原來的2D天線陣列拓展成為3D天線陣列,形成新穎的3D-MIMO技術,支持多用戶波束智能賦型,減少用戶間干擾,結合高頻段毫米波技術,將進一步改善無線信號覆蓋性能。

    目前研究人員正在針對大規模天線信道測量與建模、陣列設計與校準、導頻信道、碼本及反饋機制等問題進行研究,未來將支持更多的用戶空分多址(SDMA),顯著降低發射功率,實現綠色節能,提升覆蓋能力。

    關鍵技術3:同時同頻全雙工

    最近幾年,同時同頻全雙工技術吸引了業界的注意力。利用該技術,在相同的頻譜上,通信的收發雙方同時發射和接收信號,與傳統的TDD和FDD雙工方式相比,從理論上可使空口頻譜效率提高1倍。

    全雙工技術能夠突破FDD和TDD方式的頻譜資源使用限制,使得頻譜資源的使用更加靈活。然而,全雙工技術需要具備極高的干擾消除能力,這對干擾消除技術提出了極大的挑戰,同時還存在相鄰小區同頻干擾問題。在多天線及組網場景下,全雙工技術的應用難度更大。

    關鍵技術4:D2D

    傳統的蜂窩通信系統的組網方式是以基站為中心實現小區覆蓋,而基站及中繼站無法移動,其網絡結構在靈活度上有一定的限制。隨著無線多媒體業務不斷增多,傳統的以基站為中心的業務提供方式已無法滿足海量用戶在不同環境下的業務需求。

    D2D技術無需借助基站的幫助就能夠實現通信終端之間的直接通信,拓展網絡連接和接入方式。由于短距離直接通信,信道質量高,D2D能夠實現較高的數據速率、較低的時延和較低的功耗;通過廣泛分布的終端,能夠改善覆蓋,實現頻譜資源的高效利用;支持更靈活的網絡架構和連接方法,提升鏈路靈活性和網絡可靠性。目前,D2D采用廣播、組播和單播技術方案,未來將發展其增強技術,包括基于D2D的中繼技術、多天線技術和聯合編碼技術等。

    關鍵技術5:密集網絡

    在未來的5G通信中,無線通信網絡正朝著網絡多元化、寬帶化、綜合化、智能化的方向演進。隨著各種智能終端的普及,數據流量將出現井噴式的增長。未來數據業務將主要分布在室內和熱點地區,這使得超密集網絡成為實現未來5G的1000倍流量需求的主要手段之一。超密集網絡能夠改善網絡覆蓋,大幅度提升系統容量,并且對業務進行分流,具有更靈活的網絡部署和更高效的頻率復用。未來,面向高頻段大帶寬,將采用更加密集的網絡方案,部署小小區/扇區將高達100個以上。

    與此同時,愈發密集的網絡部署也使得網絡拓撲更加復雜,小區間干擾已經成為制約系統容量增長的主要因素,極大地降低了網絡能效。干擾消除、小區快速發現、密集小區間協作、基于終端能力提升的移動性增強方案等,都是目前密集網絡方面的研究熱點。

    關鍵技術6:新型網絡架構

    目前,LTE接入網采用網絡扁平化架構,減小了系統時延,降低了建網成本和維護成本。未來5G可能采用C-RAN接入網架構。C-RAN是基于集中化處理、協作式無線電和實時云計算構架的綠色無線接入網構架。C-RAN的基本思想是通過充分利用低成本高速光傳輸網絡,直接在遠端天線和集中化的中心節點間傳送無線信號,以構建覆蓋上百個基站服務區域,甚至上百平方公里的無線接入系統。C-RAN架構適于采用協同技術,能夠減小干擾,降低功耗,提升頻譜效率,同時便于實現動態使用的智能化組網,集中處理有利于降低成本,便于維護,減少運營支出。目前的研究內容包括C-RAN的架構和功能,如集中控制、基帶池RRU接口定義、基于C-RAN的更緊密協作,如基站簇、虛擬小區等。

    全面建設面向5G的技術測試評估平臺能夠為5G技術提供高效客觀的評估機制,有利于加速5G研究和產業化進程。5G測試評估平臺將在現有認證體系要求的基礎上平滑演進,從而加速測試平臺的標準化及產業化,有利于我國參與未來國際5G認證體系,為5G技術的發展搭建騰飛的橋梁。

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