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科普 | 了解 5G 核心技术

发表时间:2020-05-21 15:28:00  来源:野望文存  浏览:次   【】【】【

引言:2017 年,Qorvo 出版了第 1 版《5G 射频技术 For Dummies》。该书以通俗易懂的语言,帮助业界许多人士掌握了一些围绕 5G 技术的复杂概念。我们在该书中简要讲解了一些重点概念,这些概念到今天已经发展成熟,包括:


  • 基站有源天线系统的开发

  • 载波聚合技术使用量的增加

  • 新增频谱的重构和开放


2017 年,当时小蜂窝密致化技术才刚推出,5G 毫米级固定无线接入技术还在测试。今天,由于技术的进步,这些技术已经大规模铺开。在本书中,我们将探讨以上技术及其他 5G 技术的进步,以及这些技术如何重塑移动网络、移动设备、行业、用例及企业。


在上一篇文章中,我们带大家认识了 5G 的一些概念。在本节,我们深入了解一些为 5G 性能做出贡献的重点技术


  • 频谱共享

  • 载波聚合

  • 大规模 MIMO 与天线阵列系统

  • 固定无线接入(FWA)与毫米波技术





一、频谱共享




在无线通信中,频谱是移动网络运营商所需的、排在第一位的资源。所有移动网络运营商必须在各类技术上,有效地、高效率地使用宝贵的频谱资源。5G 正是围绕这一点来建设的,通过将服务、频谱和网络整合成一个内聚型架构,满足下一代移动体验带来的挑战。


为过渡到完整的 5G 实施例,移动网络运营商通过动态频谱共享技术(DSS),动态管理频谱配额。动态频谱共享技术是一种在不同空气接口标准(例如:3G、LTE 或 5G)之间智能化分配频谱资源的方法,以减少频谱浪费和优化用户体验。


对于其他相邻信号载波轻度使用的频谱,频谱共享技术能够解锁这部分频谱资源。动态频谱共享技术不仅能够提高频谱利用率,还能利用 FR2 毫米波频带上的共享频谱或非特许频谱。


5G NR 技术的最终目标是原生地、同时地支持特许频谱、共享频谱和非特许频谱,提高现有频谱资源的利用效率。例如,通过共享 FR1 和 FR2 频率范围的频谱配额,能够让新的 5G 中高频基站覆盖范围增加一倍,同时还能以每秒高达数亿比特的速率,向室内甚至蜂窝边缘递送数据。





二、载波聚合




载波聚合技术(CA)将多个移动网络载波合并成一条数据信道,以增加系统数据率,同时优化现有带宽的使用率。LTE 之所以能够逐渐提高下行链路数据率和接收数据率,让大量手机消费者获益,载波聚合技术功不可没。5G NR 技术扩大了这一趋势,在 FR1 和 FR2 中都使用载波聚合,最高支持 16 个分量载波。LTE 与 5G NR 都使用载波聚合的情况被称为“双重连接”。在双重连接模式下,同时使用 LTE 载波和 5G NR 载波。


载波聚合技术给 5G NR 带来许多优势,例如:


  • 提高上行链路和下行链路的数据率和吞吐量

  • 网络运营商能够灵活地使用任何载波聚合类型(例如:带内连续载波聚合、带内非连续载波聚合或带间非连续载波聚合)部署非特许频谱。





三、大规模MIMO




大规模 MIMO 被称为 5G 的骨干技术。大规模 MIMO 借助 LTEAdvanced 技术的一切前期工作成果,帮助承运商提高网络容量和数据率,同时减少支出。例如,大规模 MIMO 利用波束赋形技术(一种将多个天线的信号集中成为一条强波束的技术),通过将信号指向目标个体,以此降低能耗。另外,这种信号集中技术还有助于减少网络用户之间的干涉。对于消费者,大规模 MIMO 有可能带来与有线连接相等的无线数据率。


为实现这些优势,大规模 MIMO 技术使用大型天线阵列系统(AAS),天线阵列系统将射频收发链条合并成为单个阵列单元,通常由 16、32、64 或以上阵列元素组成。之所以采用这种大型天线阵列,是为了利用空间复用技术这个概念。空间复用技术能够在同一个频谱资源块内,递送多个平行的数据流。大规模 MIMO 实际上是通过扩大虚拟信道的总数,在不增加信号塔和频谱的情况下,提高网络容量和数据率。





四、毫米波技术与固定无线接入




目前运营商推介给消费者和企业的一项 5G 服务是基于 5G FR2 毫米波频谱的固定无线接入服务(FWA)。该技术让无线运营商能够进入家庭互联网市场,利用高数据率服务来挑战有线宽带提供商。固定无线接入技术是最早推出的 5G 服务技术之一。该技术能够为家庭和企业带来吉比特的互联网速度,并且其用时和成本仅为传统电缆和光纤设备的零头。该技术成为能够帮助 5G 服务提供商与数字用户线路(DSL)、光纤和电缆竞争的“最后一英里”解决方案。为此,该技术采用的是 FR2 毫米波频谱,同时还利用了天线阵列系统(大规模 MIMO 技术使用的天线阵列系统,采用全数字波束赋形或混合波束赋形)(参见图 1-5)。


图 1-5:端到端固定无线网络及其优势。


固定无线接入技术适合多个移动环境?稠密的城镇和郊区环境,以及室内外热点。无论使用环境是稠密还是稀疏,该技术都能提供高速度、低延时连接能力。


通过利用毫米波频谱,移动网络运营商能够支持最高 400 MHz 信道带宽,还能够实现吉比特数据率。尽管存在一些非视距挑战,但大规模 MIMO 的天线阵列系统能够减轻这些难题,该天线阵列系统利用多个天线,将数个收发信号集中到较小的空间区域,极大改善吞吐量和能量效率。数据流越大,数据率越高,辐射功率的使用效率也越高。


另外,毫米波技术也出现在新发布的手机版本中。这种高频技术将为我们提供低延时的掌上设备,不仅将改变我们家庭和企业的未来,而且将改变我们的日常生活。



责任编辑:蔡学森