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中兴通讯:空分复用是实现5G的关键

供稿:中国工控网 2017/10/10 10:49:20
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频谱是无线通信最为宝贵的资源,无线技术发展至今,频谱利用率已经遇到技术瓶颈。面对流量飞速增长的现状,频谱利用率紧张成为亟待解决的难题。

形象的讲,通信技术的升级换代本质上类似于要提升高速公路(即通信管道)的流量--即单位时间内通过更多的车辆(数据),想要做到这一点有几种方法:一是对高速公路进行扩建,例如将两车道的高速扩建成八车道,或是将原来两车道的高速公路修建成上下两层的立体车道。将这个例子对应到通信领域,扩建就相当于重新部署新设备、铺设新网络,成本极高。二是修改汽车,让汽车变小,或是将汽车的最高时速提高,从而让单位时间内能够通过更多的汽车。对应到通信领域,该办法对应的是修改手机终端,让手机能够接受更多的数据。但由于现有的手机终端的基本架构已经成型,很难去大改,因此这种方案也不可行。与此同时,一步手机卖出去需要使用多年,且5G标准与配套的手机芯片都还没有面世,这种办法也不可行。

在这种情况下,中兴通讯率先推出了空分复用技术--也就是在不扩建高速公路(通信网络),也不修改汽车(移动终端)的情况下提升流量。

空分复用技术是唯一能够实现频谱效率数倍提升的技术

为了解决频谱问题,业界普遍的看法是,提升频谱效率是关键:也就是挖潜,看看有什么样的技术能够使频谱效率进一步提升。由于3G、4G通信系统已经工作于噪声极限和单链路香农极限,理论上不存在大幅提升的可能性。3G的码分多址技术,也能够实现“同时、同频、同空间”的多路通信,但是码分多址采用正交码区分用户,多个正交码之间形成一个自干扰系统,这样为了满足正交条件,所有用户都必须降低传输速率,理论上如果N个用户同时通信,则每个用户最多用1/N的速率通信,因此码分多址不能提升极限频谱效率,其理论极限与时分复用是一样的。而空分复用在多个用户同时通信的情况下,各个用户不需要降低速率,这样就成倍提升了频谱效率。

空分复用SDMA(Space Division Multiple Access)技术,即通过自适应天线阵列将空间分割,在不同的方向上形成不同的波束,每个波束可提供一个无其他用户干扰的唯一信道,进而让同一频段在不同的空间内得以重复利用。这就像是在高速公路上看到其他的车,他在跑我也在跑,并且我们还在同一条车道上,但是对方就像空气一样,互不影响。

“空分复用技术是唯一能够实现频谱效率数倍提升的技术。因为它可以使系统在同一时间、同一频段、同一宏观物理空间上进行多路通信而且互不干扰,让有限的频谱资源得到最大化的利用。”中兴通讯首席科学家向际鹰博士表示。“空分复用SDMA(Space Division Multiple Access)技术,即通过自适应天线阵列将空间分割,在不同的方向上形成不同的波束,每个波束可提供一个无其他用户干扰的唯一信道,进而让同一频段在不同的空间内得以重复利用。这就像是在高速公路上看到其他的车,并且很多车在同一条车道上,但是对方就像空气一样,互不影响。也就是在不扩建高速公路(通信网络),也不修改汽车(移动终端)的情况下提升流量。”

目前,空分复用技术已经成为被业界广泛认可的一种趋势。

2013年,中兴通讯开始研究空分复用技术,是最早从事空分复用技术研发的公司。如今,中兴通讯成功将该技术应用到TDD和FDD网络中,并且逐渐将自己的先发优势发展成了全面优势。

中兴的5G技术:从率先起步到解决业界难题

按照国际通信组织与政府机构的规划,5G通信技术将在2020年左右正式实现商用。而现实中一个尴尬的问题则在于许多地区的4G网络还正在铺设之中,到了2020年,很多地区可能刚刚将4G网络铺设完毕。这就为通讯设备商们提出了新的挑战。

5G网络建设并不是一蹴而就,面对流量飞速增长的现状,运营商不会坐等,而是不断对现网升级,让网络逐渐演进。

MassiveMIMO作为空分复用技术的一种,被中兴通讯率先引入到Pre5G和5G的关键技术中来。 利用在空分技术方面的领先优势,中兴通讯相继研发了TDD Massive MIMO和FDD Massive MIMO,并努力推动商用。

2014年6月,中兴通讯在全球首家提出Pre5G创新理念。Pre5G的特点在于,通过对基站侧的大量优化,用户无需更换终端即可提前享受到准5G的使用体验,提升了运营商的网络竞争力;对运营商来说,Pre5G在基站侧完全可以平滑升级到5G,不会浪费投资。

2015年,基于TDD的Pre5G Massive MIMO完成产品开发和外场测试,推出的商用产品也被多家知名运营商选择,开始商用测试和部署。最早商用该方案的软银CEO孙正义在今年2月举行的GTI大会上表示: “选择TD-LTE使我们大获成功“,并指出Massive MIMO是TD-LTE向5G演进的重要内涵。

2016年2月,在巴塞罗那举行的MWC 2016世界移动通信大会上,中兴通讯的Pre5G Massive MIMO荣获“最佳移动技术突破”以及“CTO之选”双料大奖。5G核心技术获得这些奖项,在GSMA颁奖历史上还是第一次,这也使得大批FDD LTE运营商对FDD制式Massive MIMO翘首以盼。

将Massive MIMO成功引入FDD,是一项重大的突破

全球约85%的运营商移动网络都是FDD制式,但FDD做多天线空分面临巨大的困难。对于FDD-LTE制式来说,由于上下行采用不同频谱,信道不具备互易性,也就是说,在上行看到的信号变化,和下行看到的不一致,主要是上下行相位有一个随机变化。因此传统观点认为FDD必须用手机主动测量基站的下行信号,再通过消息汇报给基站,基站才能做闭环的MIMO。

而Massive MIMO基站有几十根天线,那么基站将这么多天线信息告知手机,手机再测量后上报,按现在4G的机制,已经需要占据100%以上的资源了,所以对于FDD,如何引入massive MIMO成为核心挑战之一。

基于在TDD Massive MIMO上的深厚积累,中兴通讯经过一年的努力,攻克大量技术难关。中兴通讯创新研发出基于FDD制式的专利信道算法,依托自研基带处理芯片强大的处理能力,通过软件算法的突破与硬件能力的提升,成功实现了Massive MIMO技术在FDD-LTE网络中的应用,流量提升几倍且无需更换终端,为全球数百家FDD运营商构筑了一条通向5G的坦途,为现有4G网络提供了新的演进路径和发展空间,其价值与意义难以估量。

真正构建4G通往5G的桥梁

5G尽管还没有确定最终标准,大致方向已定,高低频组合和逐步商用的方式得到业界普遍认可。低频段只能用空分复用技术提升频谱效率,高频段的覆盖范围小,也要利用空分复用技术提升覆盖,这实际上用的是一种空分复用的退化版本。所以对5G来说,无论是低频还是高频,都极大依赖于空分复用技术。

截止目前,Pre5G已经在全球40余个国家部署了超过60个网络,包括日本软银SoftBank、西班牙电信Telefonica、和记电信Hutchison、VEON、Telenor、Singtel等全球顶级跨国运营商及国内三大运营商。

中兴通讯Massive MIMO等5G关键技术在现有移动网络类5G场景中的提前应用,领先业界获取了大量实际网络场景中的商用经验和实测数据,可以提前解决商用过程中遇到的技术和应用问题,极大地加速5G核心技术的成熟和完善,有效缩短产品验证和规模商用的周期。在此过程中,中兴通讯已申请了几百个技术专利,同时也结合实际场景中的大量数据,为标准组织贡献了许多更具价值的提案。Pre5G一方面使4G网络受益、现有用户受益,另一方面为未来5G提供商用参考,从而真正构建4G通往5G的桥梁。中兴通讯基于Pre5G Massive MIMO技术规模商用带来的先发优势,将在5G上保持有利地位。

                                               

审核编辑(刘婷)
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新闻来源: 互联网/OFweek

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