现在业界对5G研究还处于起步阶段,大家对5G的认识也还比较笼统,关注的焦点以未来5G用户需求、场景分析和可能的技术发展方向为主。总体来看,未来5G关注点集中在大容量(1000倍容量)、低时延以及多业务支持上(MTC/V2V/D2D等),其中尤其是1000倍容量提升最受业界关注,另外时延和多业务支持方面现有的技术有一定的支撑,怎么更好地完善空口技术,使得未来5G网络能够比现有移动网络能更好地的融合和支撑也是一个方向。
5G的主要研究方向
中兴通讯对上述一些问题都进行了跟踪研究并逐步形成了一些初步的观点和看法,下面对几个核心方向进行简要阐述。
● 更多频谱
从扩展新频谱资源的角度来看,3.5GHz以下的空白频谱已经非常稀有,未来5G频谱必然需要向更高频段进行扩展,5G-50GHz的高频段可能是未来5G频谱扩展的方向。
从提升频谱利用率的角度来看,现在静态或者准静态的频谱分配方式会逐渐被动态频谱分配来取代。
● 更多有效空口通道,更高的频谱效率
在频谱资源固定的情况下,提升频谱利用效率是我们永远的追求。提升频谱利用率可以从几个方面进行研究和突破。
(1)调制解调和编码方式
(2)干扰消除技术
(3)空分实现频谱复用
在单纯的频率调制和编码难以提升的情况下,依靠空分技术来最大限度的提升频谱复用效率可能是未来的一个主要研究方向,MASSIVE MIMO作为这样一项技术被业界普遍认可。MASSIVE MIMO通过大量增加天线阵数量来实现覆盖三维空间场的灵活的无线波束,借用SDMA技术可以显著提升系统容量。
(4)自动空口适配
5G技术发展未来的另外一个主要方式是空口自适配技术。中兴通讯已经开展相关空口自适配技术研究,目标是通过软件自定义的方式来实现一套网络适配全业务,简化网络架构,提升网络性能。
● 超密组网Dense Cell
对于未来5G网络,超密集的微小集中覆盖是大势所趋,未来超密站可能每个站只覆盖几米距离,无线backhaul实现自组织组网,超智能的SON功能实现微微站即插即用和网络自规划,宏微、微微站自协同来提升网络性能。随着微微站的密度越来越高,单独为微微站分配独立高频点、宏站采取单独的控制信道瘦载波方式及超级虚拟virtual cell等会是未来重要的发展方向。
中兴通讯的5G Vision
对于未来5G网络,中兴通讯认为演进可能大于革命,后4G发展应该都可以纳入为5G研究范畴,未来的5G网络应该是在现有技术的基础上,更多关注技术融合和用户体验,并不断的借鉴和吸纳IEEE无线接入技术、IT技术等成果,真正实现智能融合的ICT移动通讯网络大平台的理念。
基于中兴通讯对未来5G长期的思考和研究,从实际应用的角度来看,我们认为Cloud NF网络架构云化、Cloud radio协同组网和SDA多业务空口自适配会是未来5G网络发展的主线。其中网络架构云化是以NFV方式云化核心网和控制器等网元,实现网元硬件系统统一和功能软件化;而针对未来的5G网络跟现有移动网络的统一和融合,中兴通讯超前的cloud radio解决方案可以很好地支持移动网络向未来5G演进,方案支持各种组网架构、支持集中和分布式协同处理;而针对未来5G可能需要为了支持多种不同特性的业务需要进行空口改进,中兴通讯率先提出软件定义空口的理念SDA并进行深入研究,该方案可以很好的实现多种不同特性业务的空口自适配,以方便一个网络、一套网元来支持未来多样业务最优适配的要求。
Cloud NF
根据运营商的核心诉求以及技术演进,中兴打破了原有移动网络网元设备的界限,依托统一的面向电信的云平台,对无线网络架构进行了重新定义,实现电信基础设施部署的革命性改变。中兴提出无线网络架构整体演进为3朵云:Cloud NF(Network Function)、Cloud Radio、Cloud Service,同时满足2G、3G、4G网络需求,并满足未来5G演进需求。如图1。
移动网络功能云Cloud NF基于NFV整合了移动网络核心网、控制器以及基于信令的集中干扰抑制功能,利用虚拟化技术实现软硬件架构分离,使得整个移动网络的网元功能形成一个有机整体,同时应用SDN理念,将核心网的网关转发分离,有效提升了转发效率。Cloud NF架构提供了高效部署2G、3G、4G多制式多层网络的解决方案,完美地匹配了Legacy网络与未来5G网络演进的需求。
Cloud Radio
Cloud Radio 是能够根据移动网络属性和移动承载条件智能优选协同模式的无线创新解决方案,可有效地抑制无线接入网络中的小区间干扰,极大提升无线网络性能尤其是小区边缘的网络性能。
Cloud Radio是迄今为止移动通讯领域概念最前沿,技术最完善的无线接入网络性能加速方案,可以打破传统有线承载网络适配无线接入网络要求的现状,实现“有线”和“无线”带宽的灵活置换,以最低的网络升级成本,为运营商带来显著的网络性能提升,是4G时代移动通信运营商最佳的选择。
具体来讲,Cloud Radio主要包含云接入和云协作两大部分。云协作有两层核心理念:传输网络动态适配能力和动态无缝协同能力。
常规协同技术依赖于大量的回程资源,这些资源在现实世界中几乎很难获得。因而仅适用于局部区域,造成接入网络存在性能低谷。Cloud Radio技术帮助运营商最大程度地利用已有光纤和传统回程网络,通过动态协同技术实现整网的无缝协同,可有效规避无线性能低谷,在移动过程中为用户提供平滑一致的使用体验。
得益于上述技术优势,Cloud Radio可以为运营商带来以下市场价值:
a)平滑、一致的用户体验
b)提升网络容量
云接入通过立体覆盖和多模协作,最大限度利用无线频谱资源;云协同通过多点协同化有害干扰为有用的信号,显著提升小区性能尤其是小区边缘的用户性能。
c)以更低的TCO获得超越4G的网络性能
通过对比Cloud Radio方案与标准CoMP方案,我们可以看出Cloud Radio在节约网络成本方面的显著优势。为了实现站间协同,标准CoMP方案通常需要超过1Gbps的承载带宽和低于1ms的传输时延,除了光纤到站这种承载模式外其他的传输方案很难达到这一要求。。
近期的外场测试进一步证实Cloud Radio可以基于4G网络基础设施和当前的主流IP承载网络实现超越4G的接入性能,是运营商迈向5G阶段的坚实基础。同时,Cloud Radio的核心理念和核心技术同样适用于5G阶段超密网络架构,以及为特定业务定制的高效空口标准,我们坚信Cloud Radio创新的干扰抑制机制和弹性、动态云协同理念会在5G阶段发挥更大的作用。
软空口Software Defined Air Interface
5G的定位是多样的,首先要满足2020年以后上千位数据流量的增长需求,其次需要在各种多样化的场景中做到足够优化。5G接入技术不仅包含已有的3G和4G技术,还应该包含为特定业务类型定制的高效空中接口技术。
由于场景的区别导致空口特性要求的不同,因此如果要在上述所有场景下都达到最优化,可能需要多种空口标准。基于对通信行业深刻的理解,中兴早在2009年就提出了软空口的理念,即接入侧采用统一的硬件架构,在同样的空口的整体框架规划,通过软件编程,更改参数,实现针对不同场景的特定空口。软空口技术,既可支持成熟的2G,3G或4G接入技术,也非常适合于向5G的演进。比如局域高速数据通信场景,LTE-HI,各种Backhaul应用场景,不同频段应用,以及支持海量低速率终端接入的物联网应用场景等等,有希望在统一的软空口架构下通过修改参数实现。
在软空口方案中,底层接入网络硬件设施支持非常灵活的空口参数定义能力,因而不同的空口类型可以针对特定的应用场景进行MAC层,PHY层的协议参数优化,比如为无线Backhaul应用定制的空口类型I, 可以考虑采用上、下行对称的物理层结构,简化对移动性的支持,增加对高频段和大带宽的支持能力,将Backhaul应用场景下的频谱效率发挥到极致。
再如针对MTC的应用场景,大幅度简化接入流程以降低终端能耗,通过时分机制或引入IEEE特有的接入技术以支持大量的低速率终端,支持小数据包的直接发送,或将物联网接入技术和移动宽带接入技术进行高效的融合,从而大幅降低物联网的部署成本和并提升机器类型终端的互联互通能力。如图2。
中兴通讯攻破多项5G难题
● 超宽带射频实现新突破
在宽带MSR基站的基础上,中兴通讯成功推出跨频带的超宽射频RRU单元,现在一个射频单元即可支持超过360MHz的有效带宽,DD-900MHz和1.8GHz-2.1GHz的宽频UBR已经研制成功。未来能够支持有效频宽1GHz以上的射频RU单元正在研发中。
● 多模软基带芯片已经完成,正在开展SDA相关技术研究
2013年第四季度中兴通讯推出自研的软基带芯片,基于软基带芯片的基带处理板可以同时支持2G、3G、4G多种无线接入技术,并可以通过软件重载完成芯片处理能力在不同制式间的动态迁移。另外,中兴自研软基带芯片在设计之初就考虑了对软空口方案的支持,当前的芯片已经支持部分空口参数的灵活配置能力,未来既可以支持软空口FDD方式,也可以支持软空口TDD方式,且软空口部分既支持基站侧,也支持UE侧,既支持宏站模式,也支持小站模式,从而为5G软空口理念的实施打下坚实的基础。
● Cloud Radio是满足未来移动网络需求的“准5G方案”
Cloud Radio解决方案完全兼容现有R8、R9成熟终端,目前已经完全具备大规模商用的条件,可以基于当前的移动基础设施提供超越4G的接入性能,是通往5G之路的标志性里程碑。
● Cloud NF成功推出
中兴通讯成功推出Cloud NF原型机,实现了软件与硬件平台的解耦,可以采用通用服务器COTS,在功能上实现了2G、3G、4G的容量在控制器和EPC之间的迁移,以及自动运维和节能降耗等功能。
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