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2020年中國5G願景展望
發表時間:2019-06-29

     當前,随着我國4G網絡的規模部署和即将大規模商用,5G的研究已經逐漸進入行業的視野,有關5G的研讨已經全面展開。特别是今年5月28日在北京召開的“IMT-2020(5G)願景展望”峰會正式明确我國5G研究的目标之後,業界對于5G的熱情更是空前高漲。


  9月12日,一個未來移動通信技術的重要研讨會地點不是貝爾實驗室,不是斯德哥爾摩,不是上海、深圳,而是曆史文化名城福建泉州時,不禁讓人納悶,到底是什麽技術能吸引中國移動研究院無線技術首席科學家易芝玲博士團隊、中國工程院院士倪光南、清華大學寬帶通信重點實驗室主任王昭誠教授等國内頂級專家悉數到場?在泉州一家風景秀麗的産業園裏,答案慢慢浮出了水面。


  “未來移動通信的射頻技術研發方向應該遵循‘小、大、超、高、有’五字原則!”光微電子公司首席科學家莊昆傑的一句話,拉開了“中國移動研究院與光微電子公司聯合研發創新技術交流會”的帷幕。他表示,這五個字具體來說,就是小型化、大規模、超寬帶、高隔離、有源化。用于大規模天線系統的小型化有源天線模組及用于全雙工系統的高隔離度天線設計是中國移動研究院的研究重點,而光微電子立足于自主創新的微波射頻領域前沿技術研發,與面向無線通信市場領域的微波射頻産品開發與規模化制造,在射頻天線小型化及高隔離度方面有深厚積累。雙方在5G關鍵技術研究的目标上互相補充,在技術領域既有交叉又能形成互補。


  易芝玲認爲,雖說5G研究是一個遠期目标,但是絕對不是看得見摸不着的海市蜃樓。從2G開始,各代移動通信系統技術之間并不是如刀切豆腐般完全隔離的,而是有着千絲萬縷的聯系,甚至可以用前沿技術成果“反哺”現役網絡。我們如今研究探讨的很多關鍵技術如面向超大規模天線陣列的射頻天線一體化單元,可以馬上在現有的3G網絡與即将大規模建設的4G網絡中應用,改變現有網絡的物理部署形式,使得布網成本、信號覆蓋性能指标産生極大的飛躍,而接下來如果同頻同時全雙工通信取得突破的話,将在移動通信領域産生一場新的革命。這樣就使得5G研究有了更加緊迫的現實意義。


  超大規模天線:不知不覺将超高速率帶到身邊


  衆所周知,多天線MIMO系統是4G标準的核心技術,也是通信系統不斷提高頻譜效率的基礎。未來業務的發展對下一代通信系統IMT-2020(5G)提出了更高的性能需求,易芝玲倡議5G技術研發必須做到能耗效率與頻譜效率并重。理論研究表明,基站端使用超大規模的天線單元能同時提升以上兩個指标。


  莊昆傑介紹說,光微研發的小型化、寬頻化、高效率天線技術,采用了微帶線激勵微槽輻射器并在輕薄空間内形成多個不同頻率的駐波型空間電磁場,通過圓形薄片調節器,從而高效率形成所需要的電磁波,向空間傳播輻射。與傳統的分米波段半波振子天線主流技術相比較,具有小型化、輕薄緊湊、受風面積小、重量輕、便于安裝等優點。以此爲基礎,完全可以構建超大規模陣列天線,可以将現有的系統吞吐速率至少有數量級的提升,目前128個單元的天線已經可以做到30×120cm,未來更将能實現20×80cm尺寸目标。


  易芝玲表示,随着移動通信用戶對于速率的要求越來越高,未來天線既要滿足高速率又要盡可能綠色隐形化,比如天線可以做成建築物上瓷磚的形狀,神不知鬼不覺地實現高效信號覆蓋。比如廈門環島路上著名的“一國兩制統一中國”标語牌,完全就可以設計成超大規模陣列天線,特别是其中的那個“中”字結構簡單又對稱,是大規模天線陣的上佳之選。


  此次移動研究院與光微電子重點探讨了超大規模天線系統在陣列天線設計方面的核心技術難題。本項目的研究初始以D頻段(2570~2620MHz)實現128天線陣列爲目标,長遠目标爲在下一代系統的可選頻段實現1024天線陣列。易芝玲表示,一切順利的話,在年底前将做出滿足要求的128天線陣列樣機。


  射頻天線一體化單元:可颠覆蜂窩概念


  如今,小基站被認爲是未來網絡實現高容量熱點部署的核心解決方案。小型化、一體化、高能效的小基站設計是4G低成本大規模部署的必要條件。面向小基站應用的射頻一體化單元将幫助小基站無處不在。


  易芝玲強調,誕生于1947年的蜂窩概念,貫穿了移動通信網絡的1G到4G時代,其理念是以每個基站爲核心,所有的信令、資源配置和覆蓋規劃都是基站化的。今天,爲了适應流量的不均勻分配現狀,無論是采用異構網還是采用多點協作技術,事實上都是在打破蜂窩的邊界,爲蜂窩之間貼上“膠布”。而射頻一體化單元就像一張張“膠布”,有了這些可以設計成吸頂燈、字典、筆筒盒等大小的各種各樣的射頻一體化單元,在各個流量熱點地區随意疊加覆蓋,未來移動信號的深度覆蓋問題将迎刃而解。


  莊昆傑說,爲了讓小基站變得更小、更加靈活,光微電子力争在10月份研制出最小體積的射頻前端技術,包括高隔離度收發天線,具有交叉耦合功能的空腔介質濾波器和具有AGC、ALC功能的接收發射模片。同時,作爲一種獨立的産品形态,在宏基站的深度覆蓋(轉發器)、無線中繼器和集成式微放器三種應用場景中進行現場實驗研究。


  本次移動研究院和光微電子初期将以E/D頻段(E:2320~2370MHz室内;D:2570~2620MHz室外)爲基礎開始實驗,後期将基于下一代系統的可選頻段開始實驗。


  同頻同時全雙工:醞釀着一場新的革命


  凡是對移動通信基礎技術有了解的人都明白,如果實現了同頻同時全雙工,那麽之前多年來的頻分、時分的糾結将不複存在。的确,全雙工通信是最直接提高系統頻譜效率的方法。爲滿足全雙工通信,需要在天線、射頻、基帶處理各個環節進行自幹擾消除。


  IMT-2020(5G)推進技術組副組長、中國移動研究院主任研究員潘振崗博士介紹說,未來移動通信技術要充分利用頻譜資源,這就要求在同頻同時全雙工(CCFD)等關鍵技術上取得突破。移動研究院緻力于同頻同時全雙工技術系統研究和網絡應用研究,包括同頻同時全雙工的幹擾消除技術、組網關鍵技術、幀結構設計以及全雙工系統的信令流程;其中,幹擾消除技術中光微的天線射頻消除技術可與移動研究院相互補充。本項目目标高隔離度的天線設計實現自幹擾消除。初期以F/A頻段(1880MHz~1920MHz,2010MHz~2025MHz),後期将基于下一代系統的可選頻段。目前由光微實現的收發兩個天線振子間隔2.5厘米距離實現的同頻同時全雙工實驗,測試出來的天線隔離度達到60dB。如果下一步系統能穩定在63dB之上,就可以進行實驗樣機搭建。本項目的成果——高隔離度天線對,也可以被用來設計完全獨立于空口協議的中繼系統,實現低成本、高性能的室内信號分布系統。


  盡管此次雙方研讨的一些技術還略顯淺顯,但是透過與會專家讨論的觀點不難看出我國5G研究已經邁出堅實的一步,下一代移動通信技術正在取得實質性的突破,移動通信領域一場新的革命正在悄悄展開。