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时间:2016-09-18 作者:邵乐峰 阅读:
千兆级LTE、5G NR(新空口)、OFDM(正交频分复用)和毫米波mmWave是5G技术的四大关键词。
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千兆级LTE、5G NR(新空口)、OFDM(正交频分复用)和毫米波mmWave是5G技术的四大关键词。Qualcomm高级研发总监及中国研发中心负责人侯纪磊博士表示,高通的5G愿景是将其视作具有统一连接架构和统一设计的平台,体现在跨频段和跨频谱类型的统一性;以宏基站、小基站、终端和终端之间的直连、多波和广播等多种模式为代表的多元化的服务和部署;以及多样化的服务,例如增强型移动宽带、关键业务型服务和海量物联网。7RsEETC-电子工程专辑

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统一连接架构

● 增强型移动宽带(6GHz以上频段)7RsEETC-电子工程专辑

极致吞吐量和超低时延是增强型移动宽带的两大特征。传统来看,4G技术更多依赖于授权频谱,然而5G从顶层设计初期,就把授权频谱、非授权频谱和共享授权频谱进行了统一规划和设计,毫米波和超大规模MIMO将在其中扮演关键角色。7RsEETC-电子工程专辑

以目前中国移动的4G技术为例,其单载波带宽为20MHz,最多可达40MHz-60MHz,基站侧可能用到2-8根天线。但5G标准内的毫米波,其单载波就可实现200MHz、500MHz甚至1GHz带宽,超大规模MIMO技术在基站侧用到了最多256根天线,这是完全不同的概念。7RsEETC-电子工程专辑

在侯纪磊提到的两个重要应用案例中:8K超高清视频即使经过压缩之后,每一路的速率也将超过100M比特/秒,从住宅小区的角度来看,是否具备支持增强型移动宽带的能力就变得非常重要;二是虚拟现实,由于虚拟现实需要带来身历其境的体验,所以内容的读取宽带和实时性变得异常重要。如果未来虚拟现实终端可以通过5G由有线变成无线传输,这将极大提升用户体验。
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● 关键业务型服务(1GHz-6GHz频段)7RsEETC-电子工程专辑

该类型应用对可靠性、超低时延和普及易用性要求极高,例如自动驾驶汽车。在高通看来,目前的高级驾驶辅助系统(ADAS)或是LEVEL 5自动驾驶,更多属于被动模式的自动驾驶,完全是通过车载传感器对周围信息的获知做出判断,存在限制。但如果车与车之间具备V2V这种关键型业务服务的能力,那么真正意义上的自动驾驶就会实现。7RsEETC-电子工程专辑

在这一过程中,由于在5G标准中引进了多连接的概念,使得5G、4G甚至Wi-Fi等多个系统可以实现同时连接、同时在线,保证了系统冗余度,避免了因为覆盖不足或深度衰落导致进行单一连接时不能进行内容实现。同时,通过核心网络和服务网络对专业服务和业务资源进行保障,对关键业务型服务也起到了很好的保障。
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● 海量物联网(1GHz以下频段)7RsEETC-电子工程专辑

包括智慧城市、智能家居、公共设施流量的监控和计量、可穿戴设备、远程传感器驱动等。例如用于水表、电表和公共环境信息监测等应用的传感器,往往要求在部署多年之后都不需要更换,联网终端的电池续航时间长达5-10年,节能性就必须要做得很好;其次,终端和芯片的成本要降到几美元甚至更低;其三是深度覆盖,也就是从远程角度支持可扩展的覆盖能力。7RsEETC-电子工程专辑

统一空口架构

5G将是统一的连接架构,在这个连接设计框架内需要支持多样化频谱、多样化服务与终端和多样化部署,实现起来非常不易,三大核心技术理念将成为未来5G空口架构的支柱:7RsEETC-电子工程专辑

一是OFDM(正交频分复用)技术。侯纪磊认为OFDM仍然是目前从4G到5G演进过程中最适合的5G空中接口接入技术。OFDM的优势在于它从应用、服务和体验的角度都能很好地满足用户需求。另一方面,OFDM在LTE和Wi-Fi领域已经获得了广泛使用,拥有非常好的基础,当它延伸到5G后,只需要进一步扩展参数和进行优化。7RsEETC-电子工程专辑

二是通用灵活框架确保前向兼容,更多体现在从帧结构到媒体接入层(MAC层)。前向兼容有什么好处?在运营商5G早期部署的时候,很可能会从增强型移动宽带、关键业务型服务、海量物联网中选择一个点切入,前向兼容能够确保无论在空中接口还是在物理层和媒体接入层上,都预留出了足够的框架灵活性,引入的新服务对此前部署的增强型移动宽带没有任何影响。7RsEETC-电子工程专辑

三是以大规模MIMO、毫米波为代表的先进无线技术。对5G来说,64至256个天线将是非常通用的模式,而怎样在非视距环境中确保最大化链路,保证覆盖和稳健的连接性,这对于毫米波是极大的挑战。侯纪磊特别提到了灵活独立TDD设计的重要性,“中国移动目前在2.6GHz频段上部署的帧结构,是每一个独立的子帧,只能做上行或下行。而增强帧结构的灵活性,就能够实现自涵盖(self-contained)的子帧模式,带来低时延和非常灵活的上下行切换,使得信息的往复(roundtrip)时间大幅降低,大幅提升效率。”
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先进的信道编码,也是5G相比4G技术有望取得重大突破的一个方面。无线信道是无线传输的媒介,虽然看不见,但实际上是非常恶劣的信道,会带来传输信息中的大量错误,信道编码要做的是把无线信道传输中信息出现的错误全部揪回来。在3G/4G时代,业界使用的是Turbo编码,到了5G时代,信道编码将可能出现新突破,Qualcomm也提出了新的编码方式,希望将来在高速率和低时延方面取得更大优势。7RsEETC-电子工程专辑

除宏基站外,小基站模式,尤其是在密集部署的前提下如何通过小基站来实现更有效的传输也是挑战之一。协调空间技术和毫米波移动化概念由此而生,前者通过多个小型基站对一个用户进行联合传输,从而提高覆盖和连接速率;后者则是确保小基站范围内毫米波传输的有效性和稳健性。此外,5G NR还有其他的一些传输模式,包括多播模式、D2D、多跳模式、以及把D2D(终端到终端)概念延伸至V2V(车辆到车辆)的异构多样化传输模式。
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除了无线芯片,发展先进原型机是高通关注的另一重点。在今年的世界移动大会(MWC)与MWC上海展期间,高通分别展示了28GHz和6GHz以下5G NR原型系统和试验平台。考虑到未来3.5GHz将会是中国移动部署频段的一个重要资源,因此高通在5G NR原型系统第一阶段所做的实验也是专门针对3.5GHz来实现的。“我们不只做终端原型机,而是做从终端到基站再到核心网,都能实现端到端的原型机。”侯纪磊说。
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5G之后,4G会是怎样的发展状况?

在高通看来,LTE的演进仍然是5G的重要组成部分。从技术演进路线上看,LTE会和5G齐头并进,并按照自有模式继续向前发展,例如从当前的MIMO技术、载波聚合,到共享频谱方式(LAA、LSA)、千兆级LTE、eMTC、NB-IoT,再到eLAA、大规模MIMO和C-V2X模式。7RsEETC-电子工程专辑

“在5G组网初期和向5G平滑过渡阶段,5G和4G应该是一种双连接的模式。这样做的好处在于4G可以作为基础层,5G则作为系统增强层,当将来5G覆盖做得足够好的时候,5G就会作为独立组网得到更好的发展,这是未来5G的一个发展趋势。”侯纪磊说。7RsEETC-电子工程专辑

在他展示的一张PPT中,列出了LTE在对物联网支持方面做出的探索,涵盖10Mbps带宽LTE Cat-1、1Mbps带宽增强型eMTC( Cat-M1)和带宽速率只有数十到数百kbps的NB-IoT(Cat-NB1)等不同LTE网络所对应的海量应用,包括能源管理、可穿戴设备、联网医疗、物体追踪、城市基础设施、公用事业计量、智能楼宇环境监测等。7RsEETC-电子工程专辑

从5G部署的时间表来看,2019年将成为重要分水岭,此前为研究项目阶段(study item)和2017年开始的工作项目阶段(work item),之后进入5G NR阶段部署阶段。目前,我们仍属于5G NR R14的研究项目阶段,预计第一个版本的5G工作项目阶段应该会在2018年之前完成。
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邵乐峰
ASPENCORE 中国区首席分析师。
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