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詳解5G的六大關(guān)鍵技術(shù)--飛宇信
發(fā)布時(shí)間：
2019-08-06 17:27
早在2013年12月，第四代移動(dòng)通信(4G)牌照發(fā)放，4G技術(shù)正式走向商用。與此同時(shí)，面向下一代移動(dòng)通信需求的第五代移動(dòng)通信(5G)的研發(fā)也早已在世界范圍內(nèi)如火如荼地展開。5G研發(fā)的進(jìn)程如何，在研發(fā)過程中會(huì)遇到哪些問題呢？接著往下看。
在移動(dòng)通信的演進(jìn)歷程中，我國(guó)依次經(jīng)歷了“2G跟蹤，3G突破，4G同步”的各個(gè)階段。在5G時(shí)代，我國(guó)立志于占據(jù)技術(shù)制高點(diǎn)，全面發(fā)力5G相關(guān)工作。組織成立IMT-2020(5G)推進(jìn)組，推動(dòng)重大專項(xiàng)“新一代寬帶無線移動(dòng)通信網(wǎng)”向5G轉(zhuǎn)變，啟動(dòng)“5G系統(tǒng)前期研究開發(fā)”等，從5G業(yè)務(wù)、頻率、無線傳輸與組網(wǎng)技術(shù)、評(píng)估測(cè)試驗(yàn)證技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化及知識(shí)產(chǎn)權(quán)等各個(gè)方面，探究5G的發(fā)展愿景。
在5G研發(fā)剛起步的情況下，如何建立一套全面的5G關(guān)鍵技術(shù)評(píng)估指標(biāo)體系和評(píng)估方法，實(shí)現(xiàn)客觀有效的第三方評(píng)估，服務(wù)技術(shù)與資源管理的發(fā)展需要，同樣是當(dāng)前5G技術(shù)發(fā)展所面臨的重要問題。
作為國(guó)家無線電管理技術(shù)機(jī)構(gòu)，國(guó)家無線電監(jiān)測(cè)中心(以下簡(jiǎn)稱監(jiān)測(cè)中心)正積極參與到5G相關(guān)的組織與研究項(xiàng)目中。目前，監(jiān)測(cè)中心頻譜工程實(shí)驗(yàn)室正在大力建設(shè)基于面向服務(wù)的架構(gòu)(SOA)的開放式電磁兼容分析測(cè)試平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模軟件、硬件及高性能測(cè)試儀器儀表的集成與應(yīng)用，將為無線電管理機(jī)構(gòu)、科研院所及業(yè)界相關(guān)單位等提供良好的無線電系統(tǒng)研究、開發(fā)與驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)環(huán)境。面向5G關(guān)鍵技術(shù)評(píng)估工作，監(jiān)測(cè)中心計(jì)劃利用該平臺(tái)搭建5G系統(tǒng)測(cè)試與驗(yàn)證環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)5G各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)客觀高效的評(píng)估。 為充分把握5G技術(shù)命脈，確保與時(shí)俱進(jìn)，監(jiān)測(cè)中心積極投入到5G關(guān)鍵技術(shù)的跟蹤梳理與研究工作當(dāng)中，為5G頻率規(guī)劃、監(jiān)測(cè)以及關(guān)鍵技術(shù)評(píng)估測(cè)試驗(yàn)證等工作提前進(jìn)行技術(shù)儲(chǔ)備。下面對(duì)其中一些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要剖析和解讀。
1、高頻段傳輸
移動(dòng)通信傳統(tǒng)工作頻段主要集中在3GHz以下，這使得頻譜資源十分擁擠，而在高頻段(如毫米波、厘米波頻段)可用頻譜資源豐富，能夠有效緩解頻譜資源緊張的現(xiàn)狀，可以實(shí)現(xiàn)極高速短距離通信，支持5G容量和傳輸速率等方面的需求。
高頻段在移動(dòng)通信中的應(yīng)用是未來的發(fā)展趨勢(shì)，業(yè)界對(duì)此高度關(guān)注。足夠量的可用帶寬、小型化的天線和設(shè)備、較高的天線增益是高頻段毫米波移動(dòng)通信的主要優(yōu)點(diǎn)，但也存在傳輸距離短、穿透和繞射能力差、容易受氣候環(huán)境影響等缺點(diǎn)。射頻器件、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面的問題也有待進(jìn)一步研究和解決。
監(jiān)測(cè)中心目前正在積極開展高頻段需求研究以及潛在候選頻段的遴選工作。高頻段資源雖然目前較為豐富，但是仍需要進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃，統(tǒng)籌兼顧，從而使寶貴的頻譜資源得到最優(yōu)配置。
2、新型多天線傳輸
多天線技術(shù)經(jīng)歷了從無源到有源，從二維(2D)到三維(3D)，從高階MIMO到大規(guī)模陣列的發(fā)展，將有望實(shí)現(xiàn)頻譜效率提升數(shù)十倍甚至更高，是目前5G技術(shù)重要的研究方向之一。
由于引入了有源天線陣列，基站側(cè)可支持的協(xié)作天線數(shù)量將達(dá)到128根。此外，原來的2D天線陣列拓展成為3D天線陣列，形成新穎的3D-MIMO技術(shù)，支持多用戶波束智能賦型，減少用戶間干擾，結(jié)合高頻段毫米波技術(shù)，將進(jìn)一步改善無線信號(hào)覆蓋性能。
目前研究人員正在針對(duì)大規(guī)模天線信道測(cè)量與建模、陣列設(shè)計(jì)與校準(zhǔn)、導(dǎo)頻信道、碼本及反饋機(jī)制等問題進(jìn)行研究，未來將支持更多的用戶空分多址(SDMA)，顯著降低發(fā)射功率，實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能，提升覆蓋能力。
3、同時(shí)同頻全雙工
最近幾年，同時(shí)同頻全雙工技術(shù)吸引了業(yè)界的注意力。利用該技術(shù)，在相同的頻譜上，通信的收發(fā)雙方同時(shí)發(fā)射和接收信號(hào)，與傳統(tǒng)的TDD和FDD雙工方式相比，從理論上可使空口頻譜效率提高1倍。 全雙工技術(shù)能夠突破FDD和TDD方式的頻譜資源使用限制，使得頻譜資源的使用更加靈活。然而，全雙工技術(shù)需要具備極高的干擾消除能力，這對(duì)干擾消除技術(shù)提出了極大的挑戰(zhàn)，同時(shí)還存在相鄰小區(qū)同頻干擾問題。在多天線及組網(wǎng)場(chǎng)景下，全雙工技術(shù)的應(yīng)用難度更大。
傳統(tǒng)的蜂窩通信系統(tǒng)的組網(wǎng)方式是以基站為中心實(shí)現(xiàn)小區(qū)覆蓋，而基站及中繼站無法移動(dòng)，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在靈活度上有一定的限制。隨著無線多媒體業(yè)務(wù)不斷增多，傳統(tǒng)的以基站為中心的業(yè)務(wù)提供方式已無法滿足海量用戶在不同環(huán)境下的業(yè)務(wù)需求。
D2D技術(shù)無需借助基站的幫助就能夠?qū)崿F(xiàn)通信終端之間的直接通信，拓展網(wǎng)絡(luò)連接和接入方式。由于短距離直接通信，信道質(zhì)量高，D2D能夠?qū)崿F(xiàn)較高的數(shù)據(jù)速率、較低的時(shí)延和較低的功耗；通過廣泛分布的終端，能夠改善覆蓋，實(shí)現(xiàn)頻譜資源的高效利用；支持更靈活的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和連接方法，提升鏈路靈活性和網(wǎng)絡(luò)可靠性。目前，D2D采用廣播、組播和單播技術(shù)方案，未來將發(fā)展其增強(qiáng)技術(shù)，包括基于D2D的中繼技術(shù)、多天線技術(shù)和聯(lián)合編碼技術(shù)等。
4、密集網(wǎng)絡(luò)
在未來的5G通信中，無線通信網(wǎng)絡(luò)正朝著網(wǎng)絡(luò)多元化、寬帶化、綜合化、智能化的方向演進(jìn)。隨著各種智能終端的普及，數(shù)據(jù)流量將出現(xiàn)井噴式的增長(zhǎng)。未來數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)將主要分布在室內(nèi)和熱點(diǎn)地區(qū)，這使得超密集網(wǎng)絡(luò)成為實(shí)現(xiàn)未來5G的1000倍流量需求的主要手段之一。超密集網(wǎng)絡(luò)能夠改善網(wǎng)絡(luò)覆蓋，大幅度提升系統(tǒng)容量，并且對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行分流，具有更靈活的網(wǎng)絡(luò)部署和更高效的頻率復(fù)用。未來，面向高頻段大帶寬，將采用更加密集的網(wǎng)絡(luò)方案，部署小小區(qū)/扇區(qū)將高達(dá)100個(gè)以上。
與此同時(shí)，愈發(fā)密集的網(wǎng)絡(luò)部署也使得網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓訌?fù)雜，小區(qū)間干擾已經(jīng)成為制約系統(tǒng)容量增長(zhǎng)的主要因素，極大地降低了網(wǎng)絡(luò)能效。干擾消除、小區(qū)快速發(fā)現(xiàn)、密集小區(qū)間協(xié)作、基于終端能力提升的移動(dòng)性增強(qiáng)方案等，都是目前密集網(wǎng)絡(luò)方面的研究熱點(diǎn)。
5、新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
目前，LTE接入網(wǎng)采用網(wǎng)絡(luò)扁平化架構(gòu)，減小了系統(tǒng)時(shí)延，降低了建網(wǎng)成本和維護(hù)成本。未來5G可能采用C-RAN接入網(wǎng)架構(gòu)。C-RAN是基于集中化處理、協(xié)作式無線電和實(shí)時(shí)云計(jì)算構(gòu)架的綠色無線接入網(wǎng)構(gòu)架。C-RAN的基本思想是通過充分利用低成本高速光傳輸網(wǎng)絡(luò)，直接在遠(yuǎn)端天線和集中化的中心節(jié)點(diǎn)間傳送無線信號(hào)，以構(gòu)建覆蓋上百個(gè)基站服務(wù)區(qū)域，甚至上百平方公里的無線接入系統(tǒng)。C-RAN架構(gòu)適于采用協(xié)同技術(shù)，能夠減小干擾，降低功耗，提升頻譜效率，同時(shí)便于實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)使用的智能化組網(wǎng)，集中處理有利于降低成本，便于維護(hù)，減少運(yùn)營(yíng)支出。目前的研究?jī)?nèi)容包括C-RAN的架構(gòu)和功能，如集中控制、基帶池RRU接口定義、基于C-RAN的更緊密協(xié)作，如基站簇、虛擬小區(qū)等。
全面建設(shè)面向5G的技術(shù)測(cè)試評(píng)估平臺(tái)能夠?yàn)?G技術(shù)提供高效客觀的評(píng)估機(jī)制，有利于加速5G研究和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。5G測(cè)試評(píng)估平臺(tái)將在現(xiàn)有認(rèn)證體系要求的基礎(chǔ)上平滑演進(jìn)，從而加速測(cè)試平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)化及產(chǎn)業(yè)化，有利于我國(guó)參與未來國(guó)際5G認(rèn)證體系，為5G技術(shù)的發(fā)展搭建騰飛的橋梁。
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2021-01-20 14:48
3G~4G 是無源天線的時(shí)代，天線主要構(gòu)成部件包括饋線接頭、天線振子、移相器、電機(jī)、天線罩和反射板等部件，天線材料主要以五金和塑料為主，無源天線毛利率持續(xù)走低
2021-01-20 14:44
天線是一種換能器件，它將電能轉(zhuǎn)換為電磁能，然后輻射到自由空間，或者將自由空間的電磁能轉(zhuǎn)換為電能。因此，轉(zhuǎn)換效率是考量天線性能的重要指標(biāo)。根據(jù)天線設(shè)計(jì)方式不同還有諧振頻率，帶寬，增益，駐波比，特征阻抗等考量指標(biāo)，根據(jù)天線原理不同還有極化方式等考量指標(biāo)。
2021-01-19 16:06
天線總是在一定的頻率范圍(頻帶寬度)內(nèi)工作，其取決于指標(biāo)的要求。滿足指標(biāo)要求的頻率范圍即為天線的工作頻率。各種無線制式不同，運(yùn)營(yíng)商使用的頻段也不一樣，需要選擇合適頻段的天線。
2021-01-19 15:56
天線的諧振頻率會(huì)因?yàn)橹車煌碾姶怒h(huán)境而改變（介電常數(shù)影響），且電磁波隨著頻率的增加其繞射能力變差，難以穿過障礙物，故天線使用與周圍環(huán)境相關(guān)性強(qiáng)，需要附近無高大建筑物阻擋，周圍空間無強(qiáng)電磁干擾，吸盤天線怎么安裝信號(hào)好，這樣才能發(fā)揮其輻射和接收遠(yuǎn)方信號(hào)的作用。
2021-01-15 11:55
小基站是一種從產(chǎn)品形態(tài)、發(fā)射功率、覆蓋范圍等方面，都相比傳統(tǒng)宏基站小得多（一般質(zhì)量在2-10kg 之類）的基站設(shè)備，同時(shí)也可以看作是低功率的無線接入點(diǎn)，既可使用許可頻率，也可融合WIFI 使用非許可頻率接入技術(shù)。小基站的功率一般在50mw-5w，覆蓋范圍在10-200 米。相比之下，宏基站的覆蓋范圍可以達(dá)到數(shù)公里。
2021-01-14 15:38
5G天線結(jié)構(gòu)與造價(jià)大有不同，從天線的結(jié)構(gòu)看，5G 射頻實(shí)現(xiàn)了從“RRU+天線”向有源天線AAU 的轉(zhuǎn)變。在目前廣泛應(yīng)用的分布式基站中，RRU 與BBU 分離并通過饋線與天線相連。Massive MIMO 技術(shù)將天線變成一體化有源天線AAU（Active Antenna Unit）。AAU 集成了RRU 與傳統(tǒng)天線的功能，數(shù)字接口獨(dú)立控制每個(gè)天線振子，構(gòu)成主動(dòng)式天線陣列。由于射頻單元不再需要饋線和RRU相連，而是直接用光纖連接BBU，此前令人困擾的饋電損耗趨于零。同時(shí)，有源天線的部署變得更加容易，可以安裝在諸如路燈、電線桿等場(chǎng)合，從而減少站點(diǎn)租賃和運(yùn)營(yíng)成本。
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