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4.5G五大核心技术及其发展现状与展望

2016年将是4.5G(第四代半移动通信网络。移动通信国际标准组织3GPP20151028日正式将其命名为“LTE-Advanced Pro)在全球的商用元年,下文介绍4.5G五大核心技术及其发展现状与展望,以供业界参考。

 

14.5G网络的三大核心能力

 

移动通信基础网络运营商们部署4.5G网络的首要目的在于提高MBB(移动宽带)传输能力

 

比如,采取3个成员载波的CA(载波聚合)、4×4 MIMO256 QAM调制这一配置组合后,4.5G网络的移动数据峰值传输速率可高达1.2 Gbps——是现有4G网络峰值速率(150 Mbps)的8倍。从而使得一些新型的移动终端及业务(比如虚拟现实VR、移动云存储、2K/4K移动视频等)将成为可能。

 

此外,4.5G基站的平均容量是600 Mbps,是现有4G网络相关数据(100 Mbps)的6倍。对于2K全高清移动视频业务(一路节目需要8 Mbps的传输速率),一个4G基站可最多同时支持12路节目传输,而一个4.5G基站则最多可同时支持75路节目的传输。

 

最后,4.5G也将增大小区边缘的移动数据吞吐能力——相比于4G3 Mbps增大9倍至30 Mbps,从而可实现2K全高清、4K超高清移动视频的无处不在

 

上述三大核心能力的实现,依赖于以下5大核心技术:

 

2、大规模MIMO技术(适用于FDD制式的4.5G网络)发展现状与展望

 

预计在2016年,可工作于中、高频段的4T4R射频模块将会得到普及应用。具有4个发射信道的此类射频模块可分别支持4×2 MIMO4×4 MIMO。终端可配置使用两个或4个接收信道。大规模MIMO技术将可充分地发挥空间复用与分集技术的优势、极大程度地提高无线频谱资源利用效率,并将可提高CEU(位于小区边缘的用户)的移动宽带使用体验。

 

此方面,eMIMO(增强型MIMO)技术可为具有双接收信道的移动终端提供最佳的移动宽带能力(前提是射频模块具有4个发射信道)。eMIMO可分别支撑配置有传统天线的刀片式RRU(远端射频单元)、配置缝隙天线的刀片式RRU4T4RAAU(有源天线单元)。另外,eMIMO还具备3GPP LTE Release 12所规范的相关增强型技术能力,并可对小区之间的波束成型进行协调,从而可为具有两个接收信道的移动终端带来更大的增益。最后,在3GPP LTE Release 14版本(尚未启动研制工作)中,移动通信业界还将对eMIMO技术作进一步演进,以最大化4T4R射频模块的价值。

 

3、大规模MIMO技术(适用于TDD制式的4.5G网络)发展现状与展望

 

大规模MIMO技术对于无线频谱资源利用效率的提高,主要靠的是:(1)更多副天线能产生更多个精确的射频波束来提高更佳的信号质量;(2)可为单个移动终端传送两路、3路甚至4路数据流;(3)多个用户终端可共享相关资源,从而增大了系统的吞吐能力。20159月,上海移动率先全球在4G商用现网中部署了大规模MIMO基站。根据中国移动研究院的场测结果,其中一个扇区的下行数据吞吐量达到了650 Mbps(采取单个20 MHz宽度的载波)。

 

分布式MIMO所采取的是多天线技术、基于站间高速接口的站间通信与协调,从而使得单个移动终端可配置多副天线,并最终使得移动通信网络架构由传统上的以小区为中心演进至新兴的以用户为中心。例如,分布式MIMO可以把82T2R基站集成为一个16T16基站,检测/评估移动终端的上行信号质量、获取移动终端的位置信息,并对这些数据作综合分析,然后依据分析的结果为移动终端分配适当的下行传输天线组合。另外,由于还采取了空间复用技术,分布式MIMO还将可使得多部用户移动终端共享相同的无线资源,从而将大幅提高无线频谱资源利用效率。

 

TDD波束成型技术可对移动终端的上行SRS(信道探测参考信号)质量进行评估,然后基于上行信道与下行信道的互易性就下行数据的传输作出决策,从而可增强到达移动终端的信号的SINR(信号与干扰加噪声比)数值。基于此,4.5G可通过增加SRS资源的数量来增强TDD波束成型技术的效用、对用于SRS传输的天线选择进行使能、并容许进行业务信道CQI(信道质量指示)报告。该白皮书指出,增强型TDD波束成型技术可把无线频谱资源利用效率提高30%以上。

 

另外,移动终端配对增强这一解决方案增加了正交RS(参考信号)的端口数目,并使得对于RBs数量有着不同需求的移动终端可以配对,从而将可增大配对的成功率。此外,其还可支撑面向已配对终端的8流甚至16流移动数据传输能力,充分利用了空间复用技术的潜在能力并将可进一步地增强无线频谱资源利用效率。

 

4、大规模CA技术发展现状与展望

 

预计在2016年,具有4个成员载波及5个成员载波的CA技术将得到商用。通过聚合4个或5个载波(包括FDD载波与TDD载波),CA将不但能增大移动数据的峰值传输速率,还将能提高小区边缘吞吐及平均吞吐能力。此方面,eCA(增强型载波聚合)技术可基于移动回程来实施站间的载波聚合以极大程度地增大小小区激活比例。此外,eCA还可通过灵活聚合皮小区与小小区的载波来大幅提高用户移动终端所感知到的移动数据传输速率。展望未来,CA将进一步地优化小小区及皮小区选择、简化载波聚合的实施流程、降低小区间干扰。

 

5、高阶调制技术发展现状与展望

 

256 QAM这种高阶调制技术有望于2016年在4.5G网络中得到商用部署。相比于64 QAM256 QAM可将移动数据峰值传输速率提高约33%256 QAM调制既可被应用于室内微小区,还可被应用于室外宏小区,主要的应用目的在于把室外宏小区的容量最大化。

 

6、灵活带宽(Flexible Bandwidth)技术发展现状与展望

 

4.5G网络可灵活使用从1.4 MHz20 MHz带宽中的任何一个数值作为单信道带宽。但在4G LTE网络中,相关数值则是固定的:1.4 MHz3 MHz5 MHz10 MHz15 MHz20 MHz4.5G的这种灵活带宽技术将使得移动通信基础网络运营商们能更高效地利用从2G3G网络中重耕的频谱资源部署4.5G网络。

 

 

参考文献

 

[1] 李远东. 3GPP为第四代半移动通信系统正式定名[EB/OL].

http://www.istis.sh.cn/list/list.aspx?id=9950, 2016-03-21.

 

[2] 李远东. 解读全球首份第四代半移动通信系统白皮书[EB/OL].

http://www.istis.sh.cn/list/list.aspx?id=8642, 2015-04-30.

 

[3] 李远东. 解读全球首份LTE-Advanced Pro移动通信系统白皮书(1):总体[EB/OL].

http://www.istis.sh.cn/list/list.aspx?id=9870, 2016-02-02.

 

[4] Huawei. 4.5G, Openning Giga Mobile World, Empowering Vertical Markets[EB/OL].

http://www-file.huawei.com/~/media/CORPORATE/minisite/mwc2016/pdf/45G%20White%20Paper%202016.pdf?la=, 2016-02-22.

 


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