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5G时代的无线宽带新技术

2017-06-02 19:28:42   字号:T | T

作者:  编辑:惠正  来源:电子产品世界


5G相比于4G用户体验提高了10倍,频谱效率提高了3倍,移动性提高了3倍,可以支持高铁;无线接口延时减少90%,能够支持高速公路时速200公里的汽车避免碰撞;连接密度提高了10倍,要做到1平方公里内可以有100万个传感器可以上网,支持大规模的物联网;能效提高了100倍、流量密度提高了100倍、峰值速率提高了30倍。

5G时代到来后,无线宽带技术将会外圈呈现为外圈是5G的性能,内圈是4G的性能。5G相比于4G用户体验提高了10倍,频谱效率提高了3倍,移动性提高了3倍,可以支持高铁(注:高铁时速500公里);无线接口延时减少90%(不高于1毫秒),能够支持高速公路时速200公里的汽车避免碰撞;连接密度提高了10倍,要做到1平方公里内可以有100万个传感器可以上网,支持大规模的物联网;能效提高了100倍、流量密度提高了100倍、峰值速率提高了30倍。

5G的性能为何比4G高很多?

根据香农定理,要提高网络的容量,无非是增加基站数(蜂窝变密)、增多天线数(空分复用)、增加带宽(更多的带宽资源)、增加信噪比。大规模的天线是增加天线数,超密集组网是增加基站数,全频谱接入是增加带宽,新型多子接入是增加信噪比。当然,还有更多的技术来支撑5G的发展。

5G时代的无线宽带新技术

多输出多输入(MIMO)天线

我们用空分的办法,用波束赋形一根天线可以对一根终端,目前已经做到天线阵列、智能天线等可以波束赋形,已经有64根天线商用了,128根的已经在4G里得到应用,有的企业还做到256根天线。所以,大规模的天线是支撑5G,使5G的容量大幅度提升的最主要的技术。

全双工

过去我们的双工有时分双工、频分双工,现在要全双工,即同频同时。同频同时的一个大问题是自干扰(自己会串扰到自己这里来),解决的办法是在发送端通过调整时延和衰减来抵消掉串扰。这是在模拟口的,也可以落到数字口来抵消这个干扰。如果能够把同频、同时,全双工的干扰抵消,容量就可以提高1倍。

超密集组网

我们现在是靠加大蜂窝的密度,但是往往在蜂窝中心的用户体验比较好。在蜂窝边缘的体验不好。所以我们希望使用分布式的天线,这样就可以解决蜂窝边缘体验不好的问题。但是此时各个天线之间带来了很多的干扰。怎么办?把所有的天然干扰都测试下来,通过大数据分析让它们产生抵消。这样一来,理论上只要把干扰都抵消干净,移动通信的容量就是无限大的了(注:当然实际上不可能做到这么完美),通常容量能够提高2个量级。

因此,我们通过高密集的组网、分布式的多天线等进行联合的数据发送,可以将其他基站的干扰变成有用信号,提升单用户的吞吐率和系统的频谱效率。

TDD是5G的主要模式

另外,5G需要用到很多带宽,这么高的峰值,带宽频谱需要很宽,工作频率要到6GHz和70GHz,这么高的频段是很难找到成对的频率的,因此,TDD是5G的主要模式。我们可以看到在天线、业务、频谱、网络上面,TDD都显示出优点,天线上的上下行的信道是一个频率。

另外,在业务上,TDD可以做到上下行的不对称分配,可以比较灵活地适应需要。频谱上容易安排双工。既然是TDD,它可以适应碎片化的频率,可以灵活组网。当然,要利用这些优势需要有一些技术来支撑。

原来在4G的时候,TDD上下行是分在两个子帧里的,现在为了减少时延,必须把它安排在一个子帧里,即自包含的子帧里,这样就可以做到低时延。

5G要低频谱接入

MWC2015(世界无线电大会)通过了一个频率是1.4~1.5GHz的方案,其它的还没有定,留在2019年定。2016年7月,FCC(美国联邦通讯委员会)批准了5G的频率,工作在28GHz、37GHz、39GHz,以及64GHz到71GHz频段。2016年11月,欧盟发布了5G频率,低频段是3.4~3.8GHz,还有广播及现在电视用的牌照,也拿出来给移动通信用。高频段,有24~28GHz,31~33GHz,40~43GHz。总之,5G已经扩展到毫米波频段了。

目前,中国只安排了3.4~3.6GHz(还是很窄的,只有200M)。所以,中国的5G的频率面临着很大的挑战。

 

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