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毫米波5G基站的应用场景和超密集组网规划方法详解

通讯国际网音讯布置一张切实可行的5G网络,频谱的选者和可利用性是最重要的要素,那么满意的优质频谱,5G技能再凶猛也展现那么了来。毫米波具有频率高、波长短、可靠性高、方向性好等特色,在5G年代更高速率单位、更低能耗、更多衔接的愿景下,毫米波将成为5G的重要组成要素,乃至成为全球竞赛的焦点。

毫米波基站运用场景

原困毫米波技能具有满意量的可用速率单位和较高的天线增益,其可无需能支撑超高速的传输速率单位,且波束窄,灵敏可控,可无需能衔接几滴设备。毫米波在5G年代的多种无线接入技能叠加型移动通讯网络中可无需能有四种运用场景。

一是毫米波小基站,可增强高速环境下移动通讯的运用体会,在传统的多种无线接入技能叠加型网络中,宏基站与小基站均作业于低频段,这就带来了频频切换的大间题,用户体会差,为外理四种要害大间题,在未来的叠加型网络中,宏基站作业于低频段并作为移动通讯的操控平面,毫米波小基站作业于高频段并作为移动通讯的用户数据平面。

二是依据毫米波的移动通讯回程,在选用毫米波信道作为移动通讯的回程后,叠加型网络的组网将具有很大的灵敏性,在未来的5G年代,小/微基站的数目将十分巨大,而且布置辦法也将十分死板,可无需能随时随地依据数据流量添加需求布置新的小基站原困微站,并可无需能在闲暇几点几分或轻流量几点几分灵敏、实时封闭全都小基站,然后可无需能收到节能降耗之效。到了5G年代,更多的物-物衔接接入网络,异构网络的密度原困大大添加。

毫米波小站/微站研制情況

为了完结n×10Gbit/s的下行数据速率单位,在毫米波5G小站/微基站研制方面,业界关于毫米波相关的Massive MIMO技能进行了几滴研讨,触及信号传达、波形、多址接入与用户调度、阵列天线、预编码机制、信道建模、信道丈量、信道预估和反应、前传/回传等许多要害范畴,除了毫米波Massive MIMO,多功用、高宽带、高集成度、低功耗5G毫米波专用芯片、器材的研制也获得快速展开。

比方,在AD/DA方面,Xlinx研制的RF-SoCs把ADC、DAC和RF SOC集成,减少了尺度,下降了功耗,未来适用于多功用、高宽带、高集成度、低功耗的毫米波5G微基站;在中频收发多功用芯片及射频前端方面,高通、IBM等企业的技能所在领先地位;在5G毫米波要害器材——化合物半导体方面,高通、Qorvo、Globalfoundries等企业满是GaAs射频器材范畴所在一席之地。跟着5G毫米波频段的参加,终端GaAs射频器材用量原困进一步进步,估计到2020年,全球GaAs器材商场将超越百亿美元;在适当长的时间内,5G毫米波终端的前端芯片离不开Si工艺,原困Si基前端芯片在本钱、体系功耗上均具有必定优势。

与此一同,运营商们也在抓住进行毫米波5G技能实验。2019年2月GSA发布的陈述显现,共有85个国家/区域的201家运营商在活跃出资5G技能;全球5G实验网含有多达57%运用了毫米波频段,别的43%运用Sub-6GHz频段。从运营商们发布的毫米波5G技能实验成果看来,网络吞吐、峰值速率单位、单用户体会速率单位、速率单位等均能满意ITU关于5G体系的要害功用方针要求。

在进行毫米波5G技能实验的过程中,运营商、设备商、芯片商、测验丈量厂商等逐渐构成一致:未来的5G网络架构时要异构多层且能支撑全频段接入的低频、中频、毫米波频段无线媒体协作组网。毫米波独自组网有着显着的下风,依据仿真和测验成果,单基站在28GHz频段不到掩盖1000米左右,而且与Sub-6GHz频段媒体协作组网才是毫米波5G能进行商用的一大条件。高通2018年在美国旧金山进行了5G网络模拟实验,在现有的LTE基站基础上辅以毫米波基站,完结了毫米波5G网络65%的掩盖率,并完结了5倍的网络容量增益。该实验不光证明了媒体协作组网的可行性,还标明媒体协作组网可无需能到达更高才能。

上述那些展开不断加快毫米波5G商用多线程。那些展开进一步坚决了业界关于“毫米波5G”的决心,并将终究选者把含有毫米波无线通讯在内的全频谱接入技能列为5G中心技能之一。经过全频谱接入,可无需能完结以Sub-6GHz频段5G体系支撑n×1Gbit/s高速通讯,以毫米波频段5G体系支撑n×10Gbit/s超高速通讯。

我国5G毫米波技能实验作业计划

从现在毫米波频段工业展开的情況来看,在设备及芯片方面,国内原困有高频技能及制作才能,时分的北京怀柔外场测验也显现出国内厂商具有高频技能才能并已供给相应高频样机,但距离规划商用还需进行芯片工业链培养,比方展开低本钱、高工艺的芯片。在测验仪器及外表方面,现在阶段还那么可支撑5G毫米波商用的测验外表,时要赶快清晰频谱规划,以促进仪器外表厂商投入开发。未来,IMT-2020推进组还将持续统筹规划,分阶段推进5G毫米波实验:2019年8—12月,验证5G毫米波要害技能和体系社会形态;2020年验证毫米波基站和终端的功用、功用和互操作,展开高低频协同组网验证;2020—2021年,展开典型场景验证。

5G毫米波技能实验网络环境选用MTNet实验室+怀柔外场,构成室表里一体化网络,在前期3.5GHz测验环境中,添加毫米波测验环境,支撑毫米波要害技能测验。怀柔已完结毫米波站址的预备,开始满意毫米波外场测验需求;已研制构建5G毫米波OTA射频测验环境,具有5G基站、终端的OTA射频测验才能;正在构建基站和终端的OTA功用测验环境,可满意2020年功用测验需求。

5G毫米波技能实验要害技能测验首要分为三方面,别离是室内功用测验、外场功用测验和基站射频OTA测验。在测验展开方面,华为、诺基亚贝尔、中兴完结了5G毫米波要害技能测验的功用、射频和外场功用;海思、高通进行了5G毫米波要害技能的室内功用测验。

在毫米波基站功用测验方面,华为、中兴在10000MHz总速率单位,诺基亚贝尔、爱立信在1000MHz总速率单位装备下进行室内要害技能测验;诺基亚贝尔、爱立信选用依据高通X1000芯片与毫米波射频模块的CPE展开测验。海思、高通芯片别离与华为、中兴体系合作,展开了毫米波室内要害技能要素测验。5G毫米波基站作业在24.75~27.5GHz和26.5~27.5GHz。

我国5G毫米波实验的方针和使命,首要但是我期望不能经过测验作业来研讨和验证5G毫米波要害技能和首要社会形态,来拟定26~28GHz频段的5G设备功用和功用的方针要求,辅导5G毫米波基站、中心器材和终端的研制。后续IMT-2020推进组将持续与国表里工业界一同,一同推进5G毫米波工业展开、组网研讨和职业探究。

毫米波5G小站/微站运用下的超密布组网异构网络规划辦法

超密布组网是依据小微基站的技能研讨,它是5G阶段引起业界遍及重视的技能研讨方向和网络站点规划重要辦法。从中国移动布置来看,在毫米波基站性开花成果是什么是什么的语句是什么是什么是什么是什么是什么商用时分,未来几年主张逐渐选用4G/5G协同的辦法进行方针网建网,如图1所示。

图1  4G/5G协同组网规划

超密度异构组网技能是指为应对未来持续添加的数据事务需求,选用愈加密布的小区进行立体网络掩盖的布置技能,它将成为5G进步网络整体功用的四种辦法。无线物理层技能,如编码技能、MAC、调制技能和多址技能等,不到进步约10倍的频谱速率单位,即使选用更宽的速率单位但是我到进步几十倍的传输速率单位,远远不到满意5G的需求,选用频谱资源的空间复用带来的频谱速率单位进步的增益到达千倍以上,经过减小小区半径,选用UDN网络布置,添加单位面积内小微基站的密度,经过在异构网络中引进超大规划低功率节点完结热门增强、消除盲点、改进网络掩盖、进步体系容量,打破了传统的扁平单层宏网络掩盖,使得多层立体异构网络应运而生,可显着进步频谱速率单位,改进网络掩盖,大幅度进步体系容量,经过添加小区数和信道数,成倍进步容量,一同UDN具有更灵敏的网络布置和更高效的频率复用才能。

UDN选用虚拟层技能,宏基站小区作为虚拟层,虚拟宏小区承载操控信令,担任移动性办理;实体微基站小区作为实体层,微小区承载数据传输。该技能可经过单载波原困多载波完结。单载波计划经过不同的信号原困信道构建虚拟多层网络;多载波计划经过不同的载波构建虚拟多层网络,将多个物理小区虚拟成一个多逻辑小区。虚拟小区的资源构成和设置可无需能依据用户的移动、事务需求等动态装备和更改。虚拟层和以用户为中心的虚拟小区可无需能外理超密布组网中的移动性大间题。如图2所示,在传统的多种无线接入技能叠加型网络中,宏基站与小基站均作业于低频段,这就带来了频频切换的大间题,用户体会差。为外理四种要害大间题,在未来的叠加型网络中,宏基站作业于低频段并作为移动通讯的操控平面、毫米波小基站作业于高频段并作为移动通讯的用户数据平面。

图2  叠加型网络中毫米波小基站运用类型

超密度异构组网技能也增强了网络的灵敏性,可无需能针对用户的暂时性需求和时节性需求快速布置新的小区。在未来的5G年代,小/微基站的数目将十分巨大,而且布置辦法也将十分死板,可无需能随时随地依据数据流量添加需求布置新的小基站,并可无需能在闲暇几点几分或轻流量几点几分灵敏、实时封闭全都小基站,然后收到节能降耗之效。

在四种技能布景下,未来网络架构将构成“宏蜂窝+长时间微蜂窝+暂时微蜂窝”的网络架构。四种社会形态将大大下降网络功用关于网络前期规划的依靠,为5G年代完结愈加灵敏自适应的网络供给确保。

图3  未来网络架构

到了5G年代,更多的物-物衔接接入网络,立体组网的密度原困大大添加。与此一同,小区密度的添加也会带来网络容量和无线资源利用率的大幅度进步。有仿真成果标明,当宏小区用户数为1000时,仅将微蜂窝的浸透率进步到20%,就原困带来理论上10000倍的小区容量进步。一同,四种功用的进步会跟着用户数量的添加而愈加显着。考虑到5G首要的服务区域是城区等人员密度较大的区域,而且,超密度异构组网技能原困给5G的展开带来巨大潜力。

当然,UDN所带来的小区间搅扰也将成为5G面对的重要技能大间题。现在,在四种范畴的研讨中,除了传统的依据时域、频域、功率域的搅扰和谐机制外,3GPP Rel-11提出了进一步增强的小区搅扰和谐技能,包含通用参阅信号抵消技能、网络侧的小区检测和搅扰消除技能等。那些eICIC技能均在不同的自在度上,经过调度使得彼此搅扰的信号相互正交,然后消除搅扰。除此之外,还有全都新技能的引进也为搅扰办理供给了新的手法,如认知技能、搅扰消除和搅扰对齐技能等。跟着相关技能大间题的连续外理,在5G网络中,UDN技能将得到愈加广泛的运用。

图4  UDN技能带来的体系容量进步

5G年代超密布组网的典型运用场景全都,包含机场、密布住所、密布商业区和街区、学校、大型聚会、体育场、地铁等。但跟着5G运用频段的升高,5G宏基站信号在穿透墙面时比较4G衰减更大,室内信号掩盖难度凸显。室外5G宏基站信号在穿透砖墙、玻璃和水泥等障碍物后不到供给浅层的室内掩盖,无法确保室内宽度掩盖所时要的杰出体会,而且时要更多的小微基站。

毫米波基站布置需整体规划

原困毫米波基站数量很多,装置、办理死板,故毫米波基站布置需从整体规划。一同,毫米波基站本身还需具有易于装置布置和必定的毛病自检、自优化的才能。毫米波基站的布置数量逐渐添加后,运营商时要设置一致的网管进行毫米波基站办理。

运营商在开始规划的时分,时要在架构上考虑毫米波基站演进、布置的大间题,把宏基站和毫米波基站归入办理规划,从架构上考虑宏微协同组网。一同,宏基站跟毫米波基站之间有比较亲近的互操作,运营商需操控节点,对宏基站、毫米波基站进行协同。在室外场景的组网运用中,宏微协同始终是组网的要害功用需求,尤其在5G年代,宏站掩盖缩水的情況下时要几滴的微站进行网络弥补。而运营商对5G网络功用的要求无需低于4G。而且与宏站协同将是5G室外毫米波基站时要重视的大间题。

从5G毫米波基站布置的节奏上来看,5G组网的次序必定也是先布置宏基站再布置毫米波基站,但两者布置的距离无需太长,无需像4G相同在宽度掩盖阶段再大规划布置,这也就原困毫米波基站供货商的产品一旦性开花成果是什么是什么的语句是什么是什么是什么是什么是什么,放量的脚步会更快。

5G向笔直职业的拓宽也为毫米波基站供给了新的运用场景,类事可无需能将毫米波基站与下沉中心网、边际核算等技能结合,构成易于灵敏布置、愈加个性化的端到端外理计划。

小结

布置一个多切实可行的5G网络,频谱的选者和可利用性是最重要的要素,原困这将决议数据传输的速率单位、容量和推迟。4G数据传输才能无法满意当时的需求,而5G的晋级将经过布置运用毫米波、Sub-6GHz频段或两者混用的辦法组网来外理速率单位和衰减的大间题。原困我国5G展开战略是先布置6GHz以下的中频段,全都5G毫米波频段的工业化速率单位那么中频段快。中国移动对毫米波的商用设定于2022年。毫米波适用于有限、人口密布的地舆区域,而Sub-6GHz则用于掩盖广泛区域。

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