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Pre5G 用技术创新勾画5G蓝图

2016-02-22 08:57
退思
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  随着移动宽带网络渗透到社会的各个领域,人们对全连接、提升上千倍容量的第五代移动通信技术5G充满了期待。然而,5G从需求定义到关键技术路线都还有很多值得探讨的问题,一般认为商用将在2020年以后。2014年6月,中兴通讯无线CTO向际鹰博士在荷兰召开的全球5G技术峰会上首次提出Pre5G概念,首次把5G技术提前到了4G时代。

  其实Pre5G是客户需求驱动出来的概念,中兴只不过作了一些抽象而已。首先,客户普遍反映,5G研究已经进行了几年,为什么没人能说得清楚到底什么叫5G?有很多人试图定义5G,但一直没有一个权威定义。其次,5G至少要到2020年以后才会陆续商用,大部分客户第一反应是“还有6年,与我无关,先让别人研究去吧”。

  当中兴提出“Pre5G概念后”,意外地发现,可以不用立刻拿出“准确的5G定义”了。而且,由于Pre5G可以基于4G终端使用,所以就不再是2020年以后,而可能是2015年、2016年的事了,因此很多客户立刻产生强烈的兴趣。

  简单地说,Pre5G包含4个要素:(1)即然与5G有关,那么它一定是采用5G的技术。(2)带给用户远远高于4G,接近于5G的用户体验。例如成倍的吞吐率提升,成倍的延迟降低等等。(3)时间点远远早于2020年。(4)可以基于现有空口,甚至直接采用4G的老终端。

  有的客户质疑说,5G还没定义,如何定义Pre5G?5G虽然从标准角度确实没有定义,但从需求和关键技术方面,已经被很好地定义了,至少某些技术已经被公认为5G技术了。所以基于这些公认的5G技术以及5G需求,我们定义Pre5G完全是没有问题的。根据Pre5G的上述特征,可以较为清楚地定义Pre5G和4G+、5G之间的区别。Pre5G的性能明显超出4G+标准的定义,但又不需要依赖5G的标准定义,仅基于标准的4G即可实现。因此,即使标准中不出现Pre5G的阶段,也会在实现层面上出现一个介于4G+和5G之间的Pre5G阶段。

  目前,中兴通讯已经在Pre5G技术方面取得了突出进展,相关Massive MIMO(大规模多天线)、UDN(超密集网络)技术已经具备商用能力,这客观上得益于中兴通讯作为全球领先的电信设备供应商,对4G和5G的深入理解。

  所以,中兴通讯虽然是业界第一家明确提出Pre5G技术定义和践行Pre5G商用化的公司,但Pre5G这个概念是客户需求驱动出来的。

  Massive MIMO

  2014年11月,中兴通讯联合中国移动完成了全球首个TD-LTE 3D/Massive MIMO基站的预商用测试。该测试由中国移动研究院发起和组织,采用中兴最新研制的64端口128天线3D/Massive MIMO的基带射频一体化室外型基站。本次测试重点验证了3D/Massive MIMO对高层楼宇的全面深度覆盖能力。在现网中,普通的8天线垂直方向波束固定且垂直覆盖角度较小,使得高层深度覆盖差、高层干扰大、终端接收SINR和吞吐率低,导致高层用户体验差,这已成为运营商面临的一大难题。

  3D/Massive MIMO天线则具有3D波束赋形能力,本次测试表明3D/Massive MIMO基站可全面深度覆盖35层的高层办公楼,且其数据吞吐率远远优于8天线基站,其中在35楼,其数据吞吐率是8天线基站的3.36倍。该测试证明3D/Massive MIMO是一种解决高层覆盖的良好技术,仅用一个站即可解决传统基站多个站才能解决的问题。测试结果基本符合预商用要求,标志着中兴通讯完成Pre5G预商用基站外场测试,向5G迈出坚实一步。Massive MIMO是5G中最重要的核心技术之一,甚至可以说是唯一成倍提升频谱效率的技术(其他多数技术只提升空间利用效率,例如更密集地建站,用更多的频谱资源等等)。原理上,Massive MIMO主要有两个方面的作用,一是对广播信道(CRS,PBCH等)可以形成半动态的针对性覆盖,而传统天线只能形成静态的覆盖,因此Massive MIMO的覆盖更好,更有针对性。二是对PDSCH,可以形成完全动态的数字波形,从而大幅度提升小区容量。仿真表明,相比于8天线,容量提升达到4~6倍之多,这是以往任何技术都不能达到的。一般认为,5G的上千倍容量有100倍来自于更多小区和更多的频谱,只有8~10倍来自于频谱效率的提升。因此可以说,Massive MIMO的采用,使频谱效率的体验一下子达到了接近5G的要求。

  Massive MIMO将天线的端口数从传统的8个,提升到接近甚至超过100个。当天线数增加到上百个时,采用4G传统的信道反馈机制必然产生大量的开销,甚至仅仅参考信号(RS)就能占到整体资源的80%以上。为此,5G中针对信道反馈作了大量研究,达成的一个共识是,必须大幅度修改4G的信道反馈机制。在这种情况下,Massive MIMO听起来与4G差异巨大,是个全新的技术。然而进一步研究表明,在TDD模式下,可利用上行下行对称性,通过上行的信道估计进行下行信道预测。从而在不增加反馈通道的情况下,支持上百个通道的信道测量。相比于直接反馈模式,这种方式的性能更优更快。

  UDN

  UDN(Ultra-dense network)也是5G另一项关键技术。在4G中,small cell的数量仍然比较少,因此4G中,涉及Small cell的技术更多地关注与宏网之间的干扰(Hetnet),而没有太关注small cell之间的干扰。5G UDN部署超密,因此small cell之间的干扰成为主要矛盾。中兴通过研究发现,small cell之间的干扰抑制,在原理上可以沿用中兴在4G宏网中的Cloud Radio技术。所以可以认为,5G UDN技术是中兴4G Cloud Radio的一个自然演进。

  这是因为,本质上small cell之间的干扰与Macro-Macro干扰一样,属于同构网的组网问题。中兴将Cloud Radio向UDN演进,提出了Virtual Cell技术。传统的小区是物理小区,Cell ID用于标识小区,UE的所有通信基于Cell ID。而在virtual cell中,Cell ID变得不重要甚至消失,由网络动态生成针对特定用户的“UE ID”,在用户看来,感知上等同于有一个虚拟的逻辑站点一直跟随自己的移动,因此业务的平滑性,性能都有大幅度提升。

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