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创新5G,网联未来

移动互联董宇│文

在5G的产业推动过程中,大唐凭借3G/4G技术的长期积累,引领5G技术创新,深度把握标准方向,研发预商用产品构建新网络,并积极参与5G试验,验证5G技术与组网方案,加速5G成熟。同时,大唐在新业务应用领域也进行了多方布局,持续推动产业全面合作。

4G移动通信技术凭借其高速数据传输能力配合智能终端的广泛应用给人们的生活带来了极大的便利,移动宽带的用户体验逐年提升。同时,人们对于新的业务应用以及更高速的网络能力也有了更多的期盼,5G(第五代移动通信)应运而生,经过全球范围内通信产业人几年的推动,已经进入了标准化阶段,距离正式商用可能也只需要再等2~3年。

在2017MWC上海通信展上,大唐通过场景沙盘的互动展示方式,展望5G eMBB、mMTC、uRLLC三大典型应用场景,同时探讨相关网络技术,分析并提出了未来5G组网建设的相关方案建议。

异构组网实现5G全面立体覆盖,大唐提供全场景解决方案

5G无线组网将采用多种不同形态的基站产品,实现从宏覆盖到微小覆盖以及室内深度覆盖的多层次全面立体覆盖。一层宏站覆盖,将采用大规模天线产品(3.5GHz)解决室外连续覆盖及室内浅层覆盖;二层微站覆盖,主要用于室外补盲补热及室内深度覆盖,将采用小型化基站,灯杆站等产品(3.5/4.9GHz);第三层,室内覆盖在5G时代仍然是网络覆盖的重点,除了室外宏、微基站的穿透覆盖,5G还会引入分布式皮基站或毫米波基站进行室内覆盖。

1.3.5GHz满足独立组网要求,实现5G宏覆盖

宏站覆盖仍将是5G无线网络覆盖的主要方式,用以实现5G的室外连续覆盖及室内浅层覆盖。相比于4G网络,5G的能力需求定义有了几十倍或近百倍的提高,eMBB场景定义的峰值速率高达10Gbps,用户体验速率达0.1~1Gbps,对应这些新的能力需求必须使用新的技术来满足。

经过技术比选,业界广泛认同5G采用支持Massive MIMO(大规模天线)能力的宏站进行覆盖,Massive MIMO技术在能够有效提升频谱效率、提升容量的同时还能够加强覆盖能力。

在频率的选择上,国内工信部要求使用3.5GHz频谱进行室外覆盖,3.5G Hz频率资源丰富,可以提供连续的100MHz带宽用于通信以进一步提升传输速率。

3.5GHz因其频段较高,会被质疑传播特性稍差以致影响网络覆盖,甚至根本不具备独立组网的能力。但是,根据大唐的分析和当前试验验证表明,即使5G采用了频点相对较高的3.5GHz,但结合使用Massive MIMO宏站产品(64通道128天线)的覆盖能力基本可以达到与2.6GHz 8天线覆盖能力相当,即5G采用3.5GHz可以满足独立建设组网的要求。

3.5GHz Massive MIMO组网时,站间距规划可以满足400米以上。考虑与现有4G网络建设的复用性,结合4G现网城区覆盖80%场景下站间距都不大于400米的情况,可以推论,5G 3.5GHz建网可以实现与4G共址覆盖或使用相当数量的站址建设,充分复用现有站址资源,降低建设难度。

在工信部组织的测试中,大唐3.5GHz Massive MIMO产品进行了宏覆盖验证,在怀柔试验网进行的道路覆盖拉远测试中,测试结论印证了理论分析,4G和5G的覆盖能力非常接近,但在吞吐量方面5G相比4G有明显优势。

2.宏微协同,构建5G基础覆盖及容量层

面对5G的大容量需求,单层的宏站覆盖无法满足。宏站和小微站协同覆盖的方式,互为补充是有效的解决方案。此时,宏站和小基站可以与终端实现双连接,即同时为终端提供服务,宏站提供连接、覆盖及移动性,微站实现热点容量吸收。

大唐5G怀柔试验网开展了宏微协同的测试,通过楼顶宏基站与多个地面灯杆小基站构造测试环境。试验表明,覆盖能力方面,在楼体遮挡情况下,宏站信号衰减快,此时小基站覆盖补充作用明显;在吞吐量方面,终端与宏站和小基站实现双连接,两个基站可同时为终端传输数据,移动过程中通过多个小站时无缝切换,始终保持高速率。

3.超密集组网满足热点高容量场景需求

5G时代,可以预见,传统流量密集区域(如商业区、校园、办公区、体育场馆等)将爆发出更大的流量需求,5G标准化定义了10Tbps/km2的流量密度指标(4G的100倍以上)来阐释该需求。

大唐认为,未来可以进一步采用超密集组网方式,在业务热点区域部署大量小基站(实现单位面积内低功率小基站的密度极大增加)以满足5G部分场景的大容量需求。超密集组网方案具备热点增强、消除盲点、改善网络覆盖、提高系统容量等多项技术优势。

在工信部5G试验中,大唐建设了业内唯一的低频段热点环境进行超密集组网测试,在300平米的开放环境,建设各个密集的发射点。通过虚拟小区方式实现多小区协作,流量密度超过10Tbps/km2(达到了5G标准化定义的流量密度),同时通过协作传输大幅提升小区边缘性能近10倍。

5G带来更丰富场景体验,大唐从4.5G演进开始布局

1.依托窄带物联网 推动5G mMTC发展

面向未来,涵盖了人与物、物与物的连接即万物互联成为通信产业发展的重要趋势。

4.5G的蜂窝窄带物联网提前开启了物联网时代,开展网络建设,拓展业务应用,为5G mMTC大连接物联网铺路布局。5G大连接物联网,其目标是全覆盖,其连接能力目标提升达到100万/Km2,不局限于人类日常活动区域,开启对于更广阔世界的探索和连接。

大唐在窄带物联网领域已经具备了网络建设和服务的能力,同时在业务应用领域也多方涉及,在现网多地配合运营商打造基于物联网概念的智慧园区。

在面向5G物联网技术的研究中,考虑到未来更广泛连接的需求,大唐认为5G的物联网技术需要在4.5G窄带物联网技术基础上继续优化功耗、接入等能力,并且提出了新的非正交多址技术PDMA(图样分割多址)以提升接入效率。PDMA技术可以实现更多用户在相同时频资源上的的叠加传输,经工信部测试验证,该技术的用户接入能力相比4G OFDMA提升至300%,同时可以提升上下行频谱效率,能够更好的支持未来物联网的海量连接。

2.从车联网向5G低时延高可靠演进

车联网是指使用无线通信、传感探测等技术收集车辆、道路、环境等信息,通过车-车、车-路、车-后台等信息交互和共享,使车和基础设施之间智能协同与配合,实现智能交通管理控制、车辆智能化控制和智能动态信息服务的一体化网络,是物联网技术在智能交通系统领域的延伸。

车联网技术体系中,可靠的通信网络是道路安全、提升交通效率、完善信息服务和娱乐、乃至未来实现无人驾驶的基础。目前,LTE-V技术方案可基于现有的蜂窝技术,实现车与车之间、车与路侧设备之间的通信,具有低时延、高可靠、自组织等特点,能够满足汽车防撞预警、自动刹车、信息共享等需求。

车联网LTE-V技术体现的移通通信技术低时延、高可靠特性趋势,随着新业务应用需求提出和通信技术日益成熟,将向5G uRLLC超高可靠性与超低时延通信方向发展。5G uRLLC时延进一步降低至1ms甚至更低,可靠性要求提高至99.999%甚至无限接近100%,在关键区域的特殊覆盖如智能工厂、道路、特殊施工区域等处,可以更好的实现车联网、工业控制、远程控制等工业互联网应用。

在车联网领域,大唐已与中国移动、中国电信、中国联通等运营商,一汽、长城、上汽等汽车企业,以及重庆汽研院、信通院等行业管理部门等达成了合作。大唐提供业界领先的车联网终端、基站、边缘云、业务应用的完整环境,并已于多地开展场地测试。同时,也是目前唯一具备芯片级预商用产品的企业。

关注5G网络架构演进,打造端到端产品

5G的网络架构相比4G发生了比较大的变化,其根本出发点是为了满足5G网络智能化、可重构、按需切片的需求。

在与通信产业界一同推动建立5G统一标准,促进5G产业生态完善成熟的同时,大唐重视提升自身的产业链环节能力,致力打造依托自身的5G端到端预商用产品,目前已初具成果。

5G BBU,可支持eMBB、URLLC、mMTC三大场景。可支持CU/DU分离,支持NR新型帧结构、新参数集、新型编码等关键技术。

5G Massive MIMO AAU,设计能力为64通道128天线,重量体积都参照运营商网络3D-MIMO产品规格设计,确保5G产品形态从外观美化到工程安装方面与4G的差距较小易被接受。在小型化产品方面,大唐规划了支持天线一体化的微站产品,可以用于灯杆安装。同时,大唐还在规划室内站产品,如pico RRU或毫米波产品。

在5G测试仪表领域,大唐正在积极研发5G信号分析仪、5G信号源、5G终端模拟器和5G终端综测仪等一系列5G测试仪表。其中信号分析仪支持5G新空口信号的频谱分析和信号分析,5G信号源可以支持5G各种基带信号的发送,终端模拟器既可以支持单用户的5G功能和性能测试,也可以支持海量用户的模拟,5G终端综测仪支持终端的5G新空口综合测试,包括信令测试、射频信号测试、吞吐量测试和切换测试等。在工信部5G二阶段试验中,大唐测试仪表已经完成与部分厂商的5G新空口测试。

大唐5G核心网设计遵循全服务化架构,满足电信级可靠性。通过硬件虚拟化,软件模块云化的实现方式,具备运维自动化的能力。大唐5G核心网具备高性能电信云环境,大容量,可快速部署。同时具备多业务融合边缘计算平台,通过全云化方案,实现业务驱动、就近分流。大唐5G核心网能力通过了工信部5G一阶段技术试验的测试验证,设计能力指标优异,并且通过了C/U分离、网络重构、边缘计算、网络切片全部四大项技术测试。

大唐5G推进计划

配合5G标准化进程,大唐积极响应工信部试验计划并同时兼顾运营商,制定了相应的5G推进计划。

2016年,大唐的5G原理样机已经通过工信部的一阶段测试。目前,大唐的5G预商用产品已经在怀柔试验网络中部署,并已开展工信部二阶段测试。同时,大唐积极配合运营商开展针对性的面向未来商用的5G产品及网络技术试验,计划在年内开展7个站规模的外场试验。

在2018年及之后,大唐将对预商用产品能力逐步增强,并按照运营商需求定制端到端商用产品。同时将逐步扩大外场试验规模,通过更大规模的网络测试推动产品和技术成熟,促进5G的正式商用。