Pre5G，用技術(shù)創(chuàng)新勾畫5G藍(lán)圖

　　ICCSZ訊    (中興通訊)隨著移動(dòng)寬帶網(wǎng)絡(luò)滲透到社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，人們對(duì)全連接、提升上千倍容量的第五代移動(dòng)通信技術(shù)5G充滿了期待。然而，5G從需求定義到關(guān)鍵技術(shù)路線都還有很多值得探討的問題，一般認(rèn)為商用將在2020年以后。2014年6月，中興通訊無線CTO向際鷹博士在荷蘭召開的全球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是客戶需求驅(qū)動(dòng)出來的概念，中興只不過作了一些抽象而已。首先，客戶普遍反映，5G研究已經(jīng)進(jìn)行了幾年，為什么沒人能說得清楚到底什么叫5G?有很多人試圖定義5G，但一直沒有一個(gè)權(quán)威定義。其次，5G至少要到2020年以后才會(huì)陸續(xù)商用，大部分客戶第一反應(yīng)是“還有6年，與我無關(guān)，先讓別人研究去吧”。

　　當(dāng)中興提出“Pre5G概念后”，意外地發(fā)現(xiàn)，可以不用立刻拿出“準(zhǔn)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，因此很多客戶立刻產(chǎn)生強(qiáng)烈的興趣。

　　簡單地說，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)帶給用戶遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于4G，接近于5G的用戶體驗(yàn)。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(yuǎn)遠(yuǎn)早于2020年。(4)可以基于現(xiàn)有空口，甚至直接采用4G的老終端。

　　有的客戶質(zhì)疑說，5G還沒定義，如何定義Pre5G?5G雖然從標(biāo)準(zhǔn)角度確實(shí)沒有定義，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(rèn)為5G技術(shù)了。所以基于這些公認(rèn)的5G技術(shù)以及5G需求，我們定義Pre5G完全是沒有問題的。根據(jù)Pre5G的上述特征，可以較為清楚地定義Pre5G和4G+、5G之間的區(qū)別。Pre5G的性能明顯超出4G+標(biāo)準(zhǔn)的定義，但又不需要依賴5G的標(biāo)準(zhǔn)定義，僅基于標(biāo)準(zhǔn)的4G即可實(shí)現(xiàn)。因此，即使標(biāo)準(zhǔn)中不出現(xiàn)Pre5G的階段，也會(huì)在實(shí)現(xiàn)層面上出現(xiàn)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(guī)模多天線)、UDN(超密集網(wǎng)絡(luò))技術(shù)已經(jīng)具備商用能力，這客觀上得益于中興通訊作為全球領(lǐng)先的電信設(shè)備供應(yīng)商，對(duì)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)概念是客戶需求驅(qū)動(dòng)出來的。

　　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(yù)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3D/Massive MIMO的基帶射頻一體化室外型基站。本次測試重點(diǎn)驗(yàn)證了3D/Massive MIMO對(duì)高層樓宇的全面深度覆蓋能力。在現(xiàn)網(wǎng)中，普通的8天線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(dǎo)致高層用戶體驗(yàn)差，這已成為運(yùn)營商面臨的一大難題。

　　3D/Massive MIMO天線則具有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(shù)據(jù)吞吐率遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于8天線基站，其中在35樓，其數(shù)據(jù)吞吐率是8天線基站的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(tǒng)基站多個(gè)站才能解決的問題。測試結(jié)果基本符合預(yù)商用要求,標(biāo)志著中興通訊完成Pre5G預(yù)商用基站外場測試，向5G邁出堅(jiān)實(shí)一步。Massive MIMO是5G中最重要的核心技術(shù)之一，甚至可以說是唯一成倍提升頻譜效率的技術(shù)(其他多數(shù)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(duì)廣播信道(CRS，PBCH等)可以形成半動(dòng)態(tài)的針對(duì)性覆蓋，而傳統(tǒng)天線只能形成靜態(tài)的覆蓋，因此Massive MIMO的覆蓋更好，更有針對(duì)性。二是對(duì)PDSCH，可以形成完全動(dòng)態(tài)的數(shù)字波形，從而大幅度提升小區(qū)容量。仿真表明，相比于8天線，容量提升達(dá)到4～6倍之多，這是以往任何技術(shù)都不能達(dá)到的。一般認(rèn)為，5G的上千倍容量有100倍來自于更多小區(qū)和更多的頻譜，只有8～10倍來自于頻譜效率的提升。因此可以說，Massive MIMO的采用，使頻譜效率的體驗(yàn)一下子達(dá)到了接近5G的要求。

　　Massive MIMO將天線的端口數(shù)從傳統(tǒng)的8個(gè)，提升到接近甚至超過100個(gè)。當(dāng)天線數(shù)增加到上百個(gè)時(shí)，采用4G傳統(tǒng)的信道反饋機(jī)制必然產(chǎn)生大量的開銷，甚至僅僅參考信號(hào)(RS)就能占到整體資源的80%以上。為此，5G中針對(duì)信道反饋?zhàn)髁舜罅垦芯?，達(dá)成的一個(gè)共識(shí)是，必須大幅度修改4G的信道反饋機(jī)制。在這種情況下，Massive MIMO聽起來與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(duì)稱性，通過上行的信道估計(jì)進(jìn)行下行信道預(yù)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(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。在4G中，small cell的數(shù)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。中興通過研究發(fā)現(xiàn)，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(rèn)為，5G UDN技術(shù)是中興4G Cloud Radio的一個(gè)自然演進(jìn)。

　　這是因?yàn)?，本質(zhì)上small cell之間的干擾與Macro-Macro干擾一樣，屬于同構(gòu)網(wǎng)的組網(wǎng)問題。中興將Cloud Radio向UDN演進(jìn)，提出了Virtual Cell技術(shù)。傳統(tǒng)的小區(qū)是物理小區(qū)，Cell ID用于標(biāo)識(shí)小區(qū)，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(duì)特定用戶的“UE ID”，在用戶看來，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(xiàng)5G技術(shù)。傳統(tǒng)的通信技術(shù)(例如4G)，都是采用“正交”的方法區(qū)分用戶，也就是說，不同的用戶分配不同的自由度(時(shí)間、子載波、或空間)，兩個(gè)用戶不能共享同一自由度。而MUSA則為每個(gè)用戶分配一個(gè)碼序列，然后把這些用戶分配到同一個(gè)自由度上。與傳統(tǒng)的3G碼分多址不同，MUSA為用戶分配的碼可以是不正交的，只起擴(kuò)頻作用。那么在同一個(gè)自由度上如何區(qū)分不同用戶的信號(hào)就需要借助于SIC接收技術(shù)(successive interference cancelation)，例如對(duì)于兩個(gè)用戶，一個(gè)遠(yuǎn)一個(gè)近，遠(yuǎn)的用戶需要被分配更多的功率，因此對(duì)近的用戶干擾非常大。

　　常規(guī)的接收機(jī)不能很好地處理這種情況，非線性的SIC接收機(jī)可以先解出遠(yuǎn)端用戶的數(shù)據(jù)，進(jìn)行干擾消除，從而順利解出自己的數(shù)據(jù)。表面上看用戶獲得了額外的數(shù)據(jù)，但是并不違反通信規(guī)律，只是使數(shù)據(jù)的流量分配更為均衡，例如，傳統(tǒng)通信方法只能在完全犧牲遠(yuǎn)端用戶的情況下獲得最大系統(tǒng)容量，但MUSA則可以在一個(gè)相對(duì)較寬松的條件下，保證較大的系統(tǒng)容量，同時(shí)保證用戶之間的均衡性。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(fù)雜度可控。另外，由于采用碼域方法，可支持大量用戶接入，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(yīng)用。

　　此外，中興通訊幾年前投入巨資開發(fā)4G矢量處理器芯片，由于該芯片平臺(tái)具有靈活的可軟件擴(kuò)展架構(gòu)以及超強(qiáng)的處理能力，所以能夠在硬件不變，只簡單地調(diào)整指令集，就可滿足Pre5G甚至5G的要求。