千兆级LTE加速部署 5G关键技术取得实质性突破

日期: 2018-04-27
浏览次数: 39
来源: 华强网
作者: 君科微
发布日期: 2018-04-27
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       5G NR NSA标准已经冻结,全球鸣枪起跑。国际电信联盟专家描述了5G时代移动互联网的新形态,从信息论基本原理得出了更大带宽是5G提速的核心手段的结论,以此为起点推演出5G时代将采用的毫米波、微基站、大规模MIMO、波束赋形等技术,而这些核心技术是实现5G商用的关键。

  首先是毫米波技术,目前5G基带芯片可分为两种,一种是支持6GHz以下频段和毫米波,另一种5G芯片只支持6GHz以下频段。由于毫米波是高频波,带宽较大、传输速度快,但波长较短,信号容易受到干扰,必须要改善射频(RF)天线模块效能,才能有较好表现。目前,少数厂商研发了多种平台以满足不同市场的需求,既有针对6GHz以下的产品和针对毫米波的产品,也有能够同时支持两种频段的产品。

  事实上,作为5G射频端的核心技术之一,毫米波给芯片厂商带来不小的技术挑战。24GHz以上的毫米波频段拥有更多可用频谱资源,可支持极致数据速率和容量,极大地变革移动体验。然而从传统角度看,由于传输损耗高,容易受到手部、头部、身体、植物、建筑等的阻碍,且面临射频集成电路(RFIC)的复杂性和能效问题,毫米波频段一直难以应用于移动通信。不过如今,5G新空口毫米波正改变这一切,以Qualcomm、英特尔、华为为代表的5G芯片巨头取得了不小的突破。

千兆级LTE加速部署 5G关键技术取得实质性突破

 Qualcomm中国区研发负责人工程技术总监徐晧

  “目前,Qualcomm已经推出基于R15规范的5G新空口毫米波原型系统,在24GHz以上毫米波频段运行,展示先进的5G新空口毫米波技术在真实移动环境中实现稳健的移动宽带通信。”Qualcomm中国区研发负责人工程技术总监徐晧说,该原型系统还成功展示Qualcomm在智能手机大小的终端中实现优化的毫米波射频前端设计,用于测试和试验毫米波在真实环境中面临的诸多挑战,例如,终端设计和手握带来的信号衰减。该毫米波原型系统采用MIMO天线技术并支持自适应模拟波束成形和波束跟踪/导向技术,而这些技术是在非视距环境和终端移动中实现稳健且持续的移动宽带通信所必须的。基于对高达800MHz的带宽和包括用于数据信道的LDPC信道编码技术在内的多项先进5G新空口技术的支持,该原型系统可支持最高达每秒5千兆比特的峰值下载速度。

  其次是大规模MIMO和波束成形在5G的使用。MIMO可以提升网络容量和覆盖,更多空间数据流可以进而提高频谱效率(例如借助多用户大规模MIMO),支持每赫兹频谱传输更多比特。同时,通过在下行链路的特定方向聚焦射频能量,并在上行链路减少噪声和干扰以支持基站接收器从特定方向捕捉能量,智能波束成形技术可以扩展基站的覆盖范围。

  “5G新空口大规模MIMO技术将在具有3D波束成形能力的基站中利用2D天线阵列,以充分利用中频频谱中的较高频段,准确及时的信道信息(channel knowledge)对充分实现3D波束成形效益至关重要。”徐晧表示,“我们对于快速互易TDD大规模MIMO的优化设计将利用自包含时隙结构和增强型参考信号,以支持更快速和更准确的信道反馈。我们的测试结果显示,可重新利用现有宏蜂窝基站(如在2GHz上)来支持在中频频段(3GHz至5GHz)运行的5G新空口部署。全新多用户5G新空口大规模MIMO设计的测试成果显示出容量和小区边缘用户吞吐量的显著提升,这对支持5G统一的移动宽带用户体验而言至关重要。”

  尽管5G射频前端涉及的技术难题需要长时间的持续研发才能突破,但目前,毫米波、载波聚合、微基站、大规模MIMO、波束赋形核心技术已经在得到的实质性的进展,Qualcomm、华为、MTK和展讯均在研发和试验过程中不断精进技术水准。在网络建设方面,统一的空口、新的端到端的网络切片技术,也取得了十足的进步。

  华为技术有限公司无线CTO童文指出,支持5G愿景实现主要有两个支柱:一是统一的空口;二是新的端到端的网络切片技术,它会使网络的生命周期获得极大的加强,而且网络的灵活性也会更大,并且成为支撑未来各个行业创新升级的重要平台。

  童文表示,在更加先进的技术方面,要实现5G比4G有跨越式提升,不能只是旧技术的重新安排,而是需要全新的技术,从而面临更多技术挑战。比如,在同样的基础设施和标准上频谱效率如何大幅提升,端到端网络时延如何降低10倍,C波段上如何得到更好的频谱效率及更低的时延;网络云化使得无线架构发生变化,云化技术能把蜂窝小区以及终端连接起来,从而改变网络接入的拓扑图,极大地提升网络效率;利用物理站点和逻辑站点解耦,控制和数据解耦,下行和上行解耦,在无线侧进行网络架构的创新。而现阶段值得庆幸的一个结果是,试验证明,信令的开销降低了81.2%,传输的时延降低了94.9%,连接密度增加了200%,网络边缘的频谱效率提升了200%,这是一个很大的突破。

  其次,在更加灵活的网络方面,与以前的移动通信网络不同,在5G新的网络架构下,很多灵活的参数结构被引入进来,这就需要在同一个无线的频段内可以灵活的安排业务,而且这个创新不应该受限制,应该是特别灵活的、可编程的,于是在RAN层面上的网络切片就在这种情况下应运而生。RAN切片的概念就是带宽可以做到尽量窄,时延也会降得尽量低,而其他方面也会按照用户的喜好进行灵活安排,进一步满足垂直行业的各种需求。总之,5G网络创新的一个关键就是可以在空口上同时开展不同的业务,相应的配置也进行差异化处理,因此网络切片能够给系统带来超高可靠性和超低时延。

  除此之外,未来5G与4G以及多种网络并存,这也将给智能手机的射频前端的复杂性带来前所未有的挑战。面对即将到来的转变,徐晧表示,Qualcomm多年来一直加大在射频前端领域的研发投入。Qualcomm已经宣布正在开发全新架构的射频前端产品——5G可调谐射频前端,从完整系统的角度让射频前端变得“智能”起来,支持转换调谐4G和5G信号。该突破性的5G可调谐射频前端将帮助OEM厂商实现其5G产品的差异化,使产品更轻薄、具备更高性能的系统级技术专长,并为5G产品做好准备。


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