Pre5G，用技術(shù)創(chuàng )新勾畫(huà)5G藍圖

　　ICCSZ訊    (中興通訊)隨著(zhù)移動(dòng)寬帶網(wǎng)絡(luò )滲透到社會(huì )的各個(gè)領(lǐng)域，人們對全連接、提升上千倍容量的第五代移動(dòng)通信技術(shù)5G充滿(mǎn)了期待。然而，5G從需求定義到關(guān)鍵技術(shù)路線(xiàn)都還有很多值得探討的問(wèn)題，一般認為商用將在2020年以后。2014年6月，中興通訊無(wú)線(xiàn)CTO向際鷹博士在荷蘭召開(kāi)的全球5G技術(shù)峰會(huì )上首次提出Pre5G概念，首次把5G技術(shù)提前到了4G時(shí)代。

　　其實(shí)Pre5G是客戶(hù)需求驅動(dòng)出來(lái)的概念，中興只不過(guò)作了一些抽象而已。首先，客戶(hù)普遍反映，5G研究已經(jīng)進(jìn)行了幾年，為什么沒(méi)人能說(shuō)得清楚到底什么叫5G?有很多人試圖定義5G，但一直沒(méi)有一個(gè)權威定義。其次，5G至少要到2020年以后才會(huì )陸續商用，大部分客戶(hù)第一反應是“還有6年，與我無(wú)關(guān)，先讓別人研究去吧”。

　　當中興提出“Pre5G概念后”，意外地發(fā)現，可以不用立刻拿出“準確的5G定義”了。而且，由于Pre5G可以基于4G終端使用，所以就不再是2020年以后，而可能是2015年、2016年的事了，因此很多客戶(hù)立刻產(chǎn)生強烈的興趣。

　　簡(jiǎn)單地說(shuō)，Pre5G包含4個(gè)要素：(1)即然與5G有關(guān)，那么它一定是采用5G的技術(shù)。(2)帶給用戶(hù)遠遠高于4G，接近于5G的用戶(hù)體驗。例如成倍的吞吐率提升，成倍的延遲降低等等。(3)時(shí)間點(diǎn)遠遠早于2020年。(4)可以基于現有空口，甚至直接采用4G的老終端。

　　有的客戶(hù)質(zhì)疑說(shuō)，5G還沒(méi)定義，如何定義Pre5G?5G雖然從標準角度確實(shí)沒(méi)有定義，但從需求和關(guān)鍵技術(shù)方面，已經(jīng)被很好地定義了，至少某些技術(shù)已經(jīng)被公認為5G技術(shù)了。所以基于這些公認的5G技術(shù)以及5G需求，我們定義Pre5G完全是沒(méi)有問(wèn)題的。根據Pre5G的上述特征，可以較為清楚地定義Pre5G和4G+、5G之間的區別。Pre5G的性能明顯超出4G+標準的定義，但又不需要依賴(lài)5G的標準定義，僅基于標準的4G即可實(shí)現。因此，即使標準中不出現Pre5G的階段，也會(huì )在實(shí)現層面上出現一個(gè)介于4G+和5G之間的Pre5G階段。

　　目前，中興通訊已經(jīng)在Pre5G技術(shù)方面取得了突出進(jìn)展，相關(guān)Massive MIMO(大規模多天線(xiàn))、UDN(超密集網(wǎng)絡(luò ))技術(shù)已經(jīng)具備商用能力，這客觀(guān)上得益于中興通訊作為全球領(lǐng)先的電信設備供應商，對4G和5G的深入理解。

　　所以，中興通訊雖然是業(yè)界第一家明確提出Pre5G技術(shù)定義和踐行Pre5G商用化的公司，但Pre5G這個(gè)概念是客戶(hù)需求驅動(dòng)出來(lái)的。

　　Massive MIMO

　　2014年11月，中興通訊聯(lián)合中國移動(dòng)完成了全球首個(gè)TD-LTE 3D/Massive MIMO基站的預商用測試。該測試由中國移動(dòng)研究院發(fā)起和組織，采用中興最新研制的64端口128天線(xiàn)3D/Massive MIMO的基帶射頻一體化室外型基站。本次測試重點(diǎn)驗證了3D/Massive MIMO對高層樓宇的全面深度覆蓋能力。在現網(wǎng)中，普通的8天線(xiàn)垂直方向波束固定且垂直覆蓋角度較小，使得高層深度覆蓋差、高層干擾大、終端接收SINR和吞吐率低，導致高層用戶(hù)體驗差，這已成為運營(yíng)商面臨的一大難題。

　　3D/Massive MIMO天線(xiàn)則具有3D波束賦形能力，本次測試表明3D/Massive MIMO基站可全面深度覆蓋35層的高層辦公樓，且其數據吞吐率遠遠優(yōu)于8天線(xiàn)基站，其中在35樓，其數據吞吐率是8天線(xiàn)基站的3.36倍。該測試證明3D/Massive MIMO是一種解決高層覆蓋的良好技術(shù)，僅用一個(gè)站即可解決傳統基站多個(gè)站才能解決的問(wèn)題。測試結果基本符合預商用要求,標志著(zhù)中興通訊完成Pre5G預商用基站外場(chǎng)測試，向5G邁出堅實(shí)一步。Massive MIMO是5G中最重要的核心技術(shù)之一，甚至可以說(shuō)是唯一成倍提升頻譜效率的技術(shù)(其他多數技術(shù)只提升空間利用效率，例如更密集地建站，用更多的頻譜資源等等)。原理上，Massive MIMO主要有兩個(gè)方面的作用，一是對廣播信道(CRS，PBCH等)可以形成半動(dòng)態(tài)的針對性覆蓋，而傳統天線(xiàn)只能形成靜態(tài)的覆蓋，因此Massive MIMO的覆蓋更好，更有針對性。二是對PDSCH，可以形成完全動(dòng)態(tài)的數字波形，從而大幅度提升小區容量。仿真表明，相比于8天線(xiàn)，容量提升達到4～6倍之多，這是以往任何技術(shù)都不能達到的。一般認為，5G的上千倍容量有100倍來(lái)自于更多小區和更多的頻譜，只有8～10倍來(lái)自于頻譜效率的提升。因此可以說(shuō)，Massive MIMO的采用，使頻譜效率的體驗一下子達到了接近5G的要求。

　　Massive MIMO將天線(xiàn)的端口數從傳統的8個(gè)，提升到接近甚至超過(guò)100個(gè)。當天線(xiàn)數增加到上百個(gè)時(shí)，采用4G傳統的信道反饋機制必然產(chǎn)生大量的開(kāi)銷(xiāo)，甚至僅僅參考信號(RS)就能占到整體資源的80%以上。為此，5G中針對信道反饋作了大量研究，達成的一個(gè)共識是，必須大幅度修改4G的信道反饋機制。在這種情況下，Massive MIMO聽(tīng)起來(lái)與4G差異巨大，是個(gè)全新的技術(shù)。然而進(jìn)一步研究表明，在TDD模式下，可利用上行下行對稱(chēng)性，通過(guò)上行的信道估計進(jìn)行下行信道預測。從而在不增加反饋通道的情況下，支持上百個(gè)通道的信道測量。相比于直接反饋模式，這種方式的性能更優(yōu)更快。

　　UDN

　　UDN(Ultra-dense network)也是5G另一項關(guān)鍵技術(shù)。在4G中，small cell的數量仍然比較少，因此4G中，涉及Small cell的技術(shù)更多地關(guān)注與宏網(wǎng)之間的干擾(Hetnet)，而沒(méi)有太關(guān)注small cell之間的干擾。5G UDN部署超密，因此small cell之間的干擾成為主要矛盾。中興通過(guò)研究發(fā)現，small cell之間的干擾抑制，在原理上可以沿用中興在4G宏網(wǎng)中的Cloud Radio技術(shù)。所以可以認為，5G UDN技術(shù)是中興4G Cloud Radio的一個(gè)自然演進(jìn)。

　　這是因為，本質(zhì)上small cell之間的干擾與Macro-Macro干擾一樣，屬于同構網(wǎng)的組網(wǎng)問(wèn)題。中興將Cloud Radio向UDN演進(jìn)，提出了Virtual Cell技術(shù)。傳統的小區是物理小區，Cell ID用于標識小區，UE的所有通信基于Cell ID。而在virtual cell中，Cell ID變得不重要甚至消失，由網(wǎng)絡(luò )動(dòng)態(tài)生成針對特定用戶(hù)的“UE ID”，在用戶(hù)看來(lái)，感知上等同于有一個(gè)虛擬的邏輯站點(diǎn)一直跟隨自己的移動(dòng)，因此業(yè)務(wù)的平滑性，性能都有大幅度提升。

　　MUSA

　　MUSA(multi-user shared access)是中興提出的一項5G技術(shù)。傳統的通信技術(shù)(例如4G)，都是采用“正交”的方法區分用戶(hù)，也就是說(shuō)，不同的用戶(hù)分配不同的自由度(時(shí)間、子載波、或空間)，兩個(gè)用戶(hù)不能共享同一自由度。而MUSA則為每個(gè)用戶(hù)分配一個(gè)碼序列，然后把這些用戶(hù)分配到同一個(gè)自由度上。與傳統的3G碼分多址不同，MUSA為用戶(hù)分配的碼可以是不正交的，只起擴頻作用。那么在同一個(gè)自由度上如何區分不同用戶(hù)的信號就需要借助于SIC接收技術(shù)(successive interference cancelation)，例如對于兩個(gè)用戶(hù)，一個(gè)遠一個(gè)近，遠的用戶(hù)需要被分配更多的功率，因此對近的用戶(hù)干擾非常大。

　　常規的接收機不能很好地處理這種情況，非線(xiàn)性的SIC接收機可以先解出遠端用戶(hù)的數據，進(jìn)行干擾消除，從而順利解出自己的數據。表面上看用戶(hù)獲得了額外的數據，但是并不違反通信規律，只是使數據的流量分配更為均衡，例如，傳統通信方法只能在完全犧牲遠端用戶(hù)的情況下獲得最大系統容量，但MUSA則可以在一個(gè)相對較寬松的條件下，保證較大的系統容量，同時(shí)保證用戶(hù)之間的均衡性。目前關(guān)于非正交通信的研究有很多，中興MUSA的特色在于：性能提升明顯并且復雜度可控。另外，由于采用碼域方法，可支持大量用戶(hù)接入，而且，由于采用非正交檢測，原則上不需要同步，有利于提升電池壽命，因此MUSA的上行技術(shù)非常適合于MTC物聯(lián)網(wǎng)應用。

　　此外，中興通訊幾年前投入巨資開(kāi)發(fā)4G矢量處理器芯片，由于該芯片平臺具有靈活的可軟件擴展架構以及超強的處理能力，所以能夠在硬件不變，只簡(jiǎn)單地調整指令集，就可滿(mǎn)足Pre5G甚至5G的要求。