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美鱼儿科技带您了解5G技术

日期:2019年7月11日 16:18

一、虽然未商用,但5G已很热门

虽然还未正式商用,当下的5G已经很热门了,国内的三大电信运营商都在积极开展5G的试点工作,中国移动近日还提交了5G商用牌照的申请。作为一名从事通信行业的IT人员,如果你不懂些5G技术,就落伍了。

二、5G的主要技术

5G网络在规划时,需要重点考虑如何提升基站的覆盖距离、支持海量终端的并发接入、最大限度地提升系统容量等方面。同4G一样,5G也将采用如大规模多天线(MIMO:多入多出)、波束赋形等技术,通过时域、空域、频域等多个维度来提升频谱的利用效率;但面对5G差异化的应用场景和需求,如基于高频频段通信、面向大规模终端的接入、节约网络投资成本等,5G将采用如上下行解耦、多地址接入、非独立组网等新兴技术。

三、上下行解耦技术

在同样的发射功率下,电磁波的频率越高,其传输的距离越短。不管是3.5GHz还是4.9GHz的频段,5G基站的信号传输距离比4G基站的近很多;同时由于5G终端的发射功率远比基站小,因此5G上行覆盖将非常受限。上下行解耦技术可有效解决这一问题,为电信运营商节约基站建设投资。

如下图示例,5G终端在下行使用3.5GHz频段,在上行根据基站距离远近选用3.5GHz或1.8GHz频段。当终端在3.5GHz的上行覆盖范围内,采用3.5GHz承载上下行数据;当终端在3.5GHz上行覆盖范围外时,基于1.8GHz与基站交互发送上行数据。

上下行解耦技术可有效解决5G高频频段的上行覆盖受限问题,大大减少5G新建基站的数量,降低电信运营商的投资。预计在2018年底3GPP R15版本会将上下行解耦技术标准化。

四、多址接入技术

为了支持海量终端的并发接入、提高频谱的利用效率,同时最大程度地减少系统的信令等开销,5G网络引入了多址接入技术,类似于3G时代的CDMA(码分多址)技术,在相同的时域、频域并行发送多个用户的经调制后的数据,接收侧对用户数据进行解调。目前的多址接入技术主要包括:PNMA(功率域非正交多址接入)、华为的SCMA(稀疏码本多址接入技术)、高通的RSMA(资源扩展多址接入)、中兴的MUSA(多用户共享接入技术)等。

RSMA是一种非同步、非正交、基于竞争的多址接入技术,可使得多个终端在无需网络预先调度的情况下进行数据传输,从而降低设备实现的复杂度及信令开销。SCMA利用码本,将用户数据通过多维星座调制和稀疏扩频技术实现过载,使得用户数多于承载的资源数,从而提高频谱的利用效率。在5G应用场景下具体选择何种多址接入技术,将会根据终端接收处理的复杂度、频谱效率提升量、系统容量增益等综合评判。

五、非独立组网技术

2017年底,3GPP正式发布了第一个5G国际标准,其中主要规定了非独立组网的5G新空口标准,其将控制面锚定于LTE网络,用户面是由5G新空口独立承载或者与LTE共同承载。在5G发展初期,非独立组网技术的应用,电信运营商只需要部署5G接入网,不需要建设完整的端到端的网络,即可实现超高速的上网业务,因而可节约大量的投资。

六、5G试点及应用情况

截止目前,国内外的多家电信运营商都在积极投入5G的试验工作,如华为和NTT DOCOMO(日本最大的移动通信运营商)已合作完成了基于3GPP NR(New Radio)标准的5G外场测试,使用4.5GHz频段的200MHz带宽,平均吞吐率达到了11.29Gbps,同时也验证了大规模多用户多入多出(Massive MIMO)、基于子带滤波的OFDM(f-OFDM),稀疏码本多址接入(SCMA)和极化码(Polar Code)等5G关键技术。

2017年国内已完成了5G第二阶段的外场测试工作,在连续广域覆盖场景下,单用户峰值速率超过了1.6Gbps,小区峰值速率超过10Gbps(200MHz带宽)。在高低频混合场景中,采用3.5GHz和26GHz高中频混合模式,3.5GHz作为控制面的锚点,26GHz用于提升小区容量,测试结果表明在静止条件下的单用户峰值可超过20Gbps、4用户小区的峰值吞吐量超过65Gbps。

中国移动在国内也在积极开展5G试验工作,如某地市基于15G频段(400M带宽)搭建了5G试验网,经测试,5G新空口的平均吞吐量可达3.34Gb/s、峰值吞吐量可达5.79Gb/s,可流畅播放多路高清视频。在工业自动化测试中,通过5G网络控制的机械手臂可根据输入指令精确选出指定编号的物料,其网络延迟仅有0.75毫秒。

七、总结

当下,5G的技术标准已发布,完整版本的标准(R16)计划于2020年完成,因而5G在国内外尚处于试验阶段,需要芯片、终端、无线设备、网络运营等整个产业链的投入,以推动其技术标准及商业化的成熟。

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