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4G技术在面临多个频段的情况下,随着5G标准的成熟以及试验的不断深入

【据《通信产业报》 2008年11月18日报道】
近年来3G演进技术的发展异常迅速,但无线技术是否已经达到完美的地步?国家863计划专家组成员、未来移动通信论坛秘书长尤肖虎的答案是否定的。在他看来,现有无线技术有待解决的问题还很多,需要改进的空间也很大。

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从物理层的传输技术看,虽然在目前LTE、UMB、WiMAX系统设计已经很完善,但在此基础上还需进一步的改造,尤其在多用户层面上。“目前,4G中的点对点技术将接近理论值,但多用户传输技术还有很大的改进空间,多小区传输技术的差距更大。”诸如多用户或多小区之间的协调、干扰的抑制抵消以及无线资源的分配等众多问题,都还没有系统的解决方案。另外跨层的设计和优化也是需要解决的问题之一。“原先的分层理论需要避免跨层联动的问题,而跨层设计的思想则恰恰相反,所以这是否是一个可能的发展方向还需进一步讨论。”尤肖虎指出。

“5G终端的发展目前落后于网络设备,运营商的建网方式是需要慎重权衡。”上周的世界移动大会上海展期间,一位通信设备展商向证券时报记者说。

尤肖虎认为组网层面上同样存在很大的改进空间。

的确,3GPP在6月中旬发布了5G第一阶段全功能标准化方案,由于中国企业深度参与了标准的制定,通信设备商提供满足最新标准要求的网络设备周期被大大压缩;但是,5G试验阶段的终端设备还无法满足商用需要,现阶段的试验终端体积大,在芯片、天线等方面也还不成熟。

第一,现有网络向着扁平化发展,扁平化结构固然具备显而易见的优势,其中最突出的是简化系统结构和减少延时,但同时也带来很多问题,如基站间的协调与管理。所以如何动态地感知周围干扰、对资源进行动态的配置,成为扁平化网络结构首先需要解决的问题,针对于这一点,尤肖虎认为无线网络的自组织、自优化将成为未来可能的发展方向。

至于网络建设,运营商面临两种选择,一是非独立组网,二是独立组网。在上海展期间,中国联通首次明确表态以SA方式建设5G网络为目标,至此,三大运营商都回应了5G网络如何建设的问题。但在业内人士看来,三大运营商的表态并不意味着完全放弃NSA建网,未来还存在不确定性。

第二,虽然去年的世界无线电大会指定了4个IMT-Advanced的使用频段,但在全世界范围内很难找到4个统一的频段。以3.4GHz~3.6GHz为例,由于中国的该频段已经用于无线卫星的导航业务,使得这一频段的利用非常复杂,并且出现了很多不确定性。所以提高频谱利用率成为无线领域的重要命题。同时尤肖虎还提到,不同频段都具有各自的特点,高频段带宽丰富,但是传播衰减较大;低频段传播质量好,但其带宽较为有限。尤肖虎认为,4G技术在面临多个频段的情况下,能否将这些频段有效地、甚至是动态地利用起来,从而发挥各个频段的优势,也是业界面临的问题和需要努力的方向。

不过,随着5G标准的成熟以及试验的不断深入,行业应用正逐渐取得突破,一个直观的现象是,在此前的通信展上,运营商需要利用4G网络来模拟5G的应用体验,但是到了今天,运营商已经在展出基于5G试验网的自动驾驶、8K超高清视频等应用了。

第三,小区边缘和小区中心的性能差异在4G中仍将是重大难题。由于信号存在衰减,离天线越远,频谱利用率越低。而在现有网络结构中,由于基站处于小区的中心位置,所以当用户在小区边缘时很难充分享受到现有业务。如何改善小区覆盖的均匀性就成为4G技术面临的挑战。关于改善小区边缘性能的问题,尤肖虎提到了基于Relay和基于分布式天线的两种方式,他认为Relay复杂度较低,容易实现,但问题是中继节点离用户较近,提高频谱利用率的可能性也会因此而降低。相比而言分布式天线的方式复杂度较高,实现上也有一定的困难,但经论证可以显著提高系统容量,并可较好地兼顾传输性能,在相同天线相同发射功率的条件下,小区的频谱利用率可以明显提高。另外,出于对电磁污染和手机待机时间问题的考虑,手机发射功率已经成为“瓶颈”问题,分布式天线的方式则可以降低手机功率,对于此问题的解决也有很大助益。

5G建网路径明晰

随着3GPP发布5G
SA标准,5G商用也进入全面冲刺阶段,但是,目前距离2020年商用的目标只剩一年半左右时间,非常紧迫。按照计划,今年下半年国内的5G第三阶段测试将主要验证SA标准,而明年开始,运营商就要建设预商用网络,这里存在采用NSA或SA方式建设网络的选择。

可以说,5G已经进入国际标准制定和产品研发的关键阶段,面对多样的5G技术候选方案,运营商需要做出最适合自己的选择。部分欧美运营商早已明确NSA建网的路径,此时国内三家运营商的态度显得尤为重要。

在上海展期间,中国电信发布了5G技术白皮书,明确了在5G网络演进路线上的态度,即SA方案可避免频繁的网络改造,降低组网复杂度和终端成本,减少网络投资;同时,也可以确保用户体验和个性化服务,实现真正的5G。

对5G组网表态较少的中国联通也宣布,5G网络将以刚刚冻结的SA为目标架构,前期聚焦eMBB,为大流量高带宽应用提供全方位的网络支持;后续将积极引入uRLLC和mMTC技术,提供垂直行业的数字化转型支持。

中国移动在本次展览期间也表示,将打造国际领先的5G网络,并以独立组网为目标架构规划5G网络,推进5G网络部署云化,加速推进5G产业端到端成熟。

从标准来看,SA组网相对NSA有不少优点,尤其是SA作为目标网络方案,可避免NSA的网络频繁改造和终端复杂的问题,SA还支持网络切片、边缘计算等5G新特性,业务能力更强。

但是,上述展商告诉记者,5G建网比4G挑战更大,一方面,由于5G部署在较高频段,宏基站要实现连续覆盖越来越难,需要小基站进行补充,另外,由于5G频段穿透性差,室内也需要进行基站部署,综合来看,运营商建网的复杂度大大提升;另一方面,宏基站本身造价高,在单站覆盖有限情况下需要更密集的部署,因此部署的总成本会大幅上升。

虽然三大运营商不同程度地表达了以SA为目标网络架构的意愿,但在该展商的理解中,这并不意味着运营商会完全排斥NSA组网方式。“运营商既可以选择SA架构一步到位,也可以先建NSA再演进到SA,这一点还没有定论。”

其中的主要区别在于,选择SA建网需同时部署新的核心网与新的无线网,采取NSA方式则可以利用现有的4G核心网,只需另外新建无线网。相比之下,以NSA方式建网,初期成本更低,由于三家运营商资本支出实力不一,在选择建网方式时可能会略有侧重。

值得关注的还有,虽然SA架构能够更好的满足5G的三大应用场景,但在商用初期仍然以eMBB场景为主,面向行业用户的uRLLC、mMTC还有待产业链的进一步成熟;因此,如果在商用初期运营商就大规模建设SA网络,其收益成本比可能并不高,而NSA不仅建网成本低,初期也完全可以满足eMBB的需要。

5G终端“三步走”

5G终端的发展明显落后于网络侧,面对未知的5G终端,产业界和消费者还有很多疑问,比如,哪里能用5G终端,5G终端将会改变什么,5G终端何时面世等。

基于5G的大带宽、超低时延特性,产业界对5G终端也有很多思考,例如,一方面可以实现超百兆速率,是4G的10倍左右,显著增强移动互联网业务体验;另一方面5G端到端时延只有20-40ms,催生云端交互类的应用。同时,5G还将助推多形态智能硬件的发展。

但目前看来,5G终端的成熟还有很多不足,包括技术路线选择不确定、标准成熟度有待完善、终端设计难度大、产业链成熟度低等问题。

紫光展锐首席运营官王靖明向记者表示,5G终端未来会有两个关键节点,一是明年9月份商用终端要面世,消费者可以拿到5G智能手机;二是明年的世界移动大会巴塞罗那展,中国移动已经要求各家设备商在明年2月底前拿出样机。

记者注意到,中国移动在上周发布的《5G终端产品指引》中明确了5G终端产品计划,具体来看将分三步走,首先是今年底首批5G芯片将面世,其次是明年一季度首批5G终端面世,接下来明年三季度5G智能手机才会面世。

正如前述,当前5G产业链成熟度还存在不足,缺少新型射频元器件,新射频芯片、器件的应用导致终端成本高,产品开发、测试验证成本也很高。因此,上述终端面世的节奏安排对于产业链企业而言,可谓时间紧、任务重。

以芯片为例,王靖明告诉记者,一般而言,芯片的流片至少需要三个月,在这之后还要进行调试,至少需要经过两个月的调试期才能交付给客户。“这就意味着从芯片流片到巴塞罗那展之间仅有五个月时间,以此倒推,最晚今年9月底流片工作就要启动。”

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