5g移动通信采用的技术有哪些,5g移动通信技术的特点及优点

首页 > 科技 > 作者:YD1662023-07-03 10:02:09

要做到Massive MIMO,基站要精确的掌握信道信息和终端位置,这对于时分复用的TDD系统不是什么大问题,而对于频分的FDD系统就麻烦了。由于TDD系统上下行使用同一频段,可以单边的基于上行信道状况估计下行信道,即利用上下行信道的互易性来推断基站到终端的下行链路。而FDD系统,由于上行和下行不在一个频段,因此不能直接用上行信道状况估计下行信道状况,为了实现信道估计,需要引入CSI反馈,多了大量CSI反馈,随着天线数量增加,不但开销增大,且反馈信息的准确性和及时性也存在降低的可能。因此,业界一直以为,Massive MIMO在FDD上更难于部署。

国内其实在做3G的时候,国产的TD-SCDMA里面就有提到智能天线,基站系统通过数字信号处理技术与自适应算法,使智能天线动态地在覆盖空间中形成针对特定用户的定向波束。虽然TD-SCDMA没怎么做起来,但不可否认他让我国各大厂商积累了更多的MIMO天线和波束赋形的相关经验。国外一直在大推FDD,目前看来TDD在Massive MIMO方面有着不可或缺的优势。

中国移动在杭州进行外场测试,从芯片到核心网端到端使用华为5G解决方案。其中,网络侧使用华为2.6GHz NR支持160MHz大带宽和64T64R MassiveMIMO的无线设备,对接集中化部署于北京支持5G SA架构的核心网,同时终端侧使用基于华为巴龙5000芯片的测试终端。可以看到基站侧使用的是64T64R,即64根发射天线64根接收天线,一共128根天线。

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MIMO技术经历了从SU-MIMO(单用户MIMO)向MU-MIMO(多用户MIMO)的发展过程。SU-MIMO,它的特点是只服务单一终端,终端受限于天下数量和设计复杂性,从而限制了进一步发展。而MU-MIMO将多个终端联合起来空间复用,多个终端的天线同时使用,这样以来,大量的基站天线和终端天线形成一个大规模的虚拟的MIMO信道系统。这是从整个网络的角度更宏观的去思考提升系统容量。不过,这么多天线引入,信号交叉,必然会导致干扰,这就需要预处理和波束赋形(Beamforming)技术了。

这种空间复用技术,由全向的信号覆盖变为了精准指向性服务,波束之间不会干扰,在相同的空间中提供更多的通信链路,极大地提高基站的服务容量。

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假设在一个周围建筑物密集的广场边上有一个全向基站(红色圆点),周围不同方向上分布3台终端(红、绿、蓝X)。采用Massive MIMO场景下,并引入精准的波束赋形后,情况就神奇的变成下面这样了。看着是不是很高端的样子,已经可以精确的控制电磁波的方向了,说起来容易,做起来可就难了,这里面的高科技无数。

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图片来源:https://www.cnblogs.com/myourdream/p/10409985.html

★ 1.1.5 认知无线电

为什么会有认知无线电,主要是因为低频段的频谱资源非常稀缺,之前已经分配给一些系统使用了,但是发现这些系统并没有非常有效的把频谱利用起来。因此就考虑使用认知无线电技术,在不影响主通信系统的情况下,能见缝插针的利用这些频谱。

认知无线电可以被理解为获得对周围环境的认知并相应调整其行为的无线电。例如,认知无线电可以在跳转到另一个未使用的频带之前确定未使用的频带,并将其用于传输。认知无线电术语是由约瑟夫·米多拉创造的,指的是能够感知外部环境的智能无线电,能够从历史中学习,并根据当前的环境情况做出智能决策来调整其传输参数。

认知无线电是SDR(软件定义无线电)和MIND(人工智能)的组合。我们可以想像无线电赋予人类的某种功能,通过观察感知外界,然后决定是否发送以及如何发送。在5G里会有很多认知无线电相关的研究和应用。

1.2uRLLC

5G的理论延时是1ms,是4G延时的几十分之一,基本达到了准实时的水平。这自然也会催生很多应用场景,其实uRLLC的全称是超可靠、低时延通信,所以不仅仅只是低时延还需要高可靠。具备时延低且可靠后,一些工业自动化控制、远程医疗、自动驾驶等技术就可以逐渐构建起来了,这方面带来的变革可能是天翻地覆的,原来看来不可能的事情,都在慢慢变得可能。来看看都做了些什么让这些成为现实了吧。

★ 1.2.1 5GNR帧结构

首先解释一下什么叫做5GNR,其实就是5G空口标准,3gpp给他取了个名字,叫5GNR(New Radio),4G时代一般将空口命名为LTE(Long TermEvolution)和LTE一样,5GNR的一个无线帧长为10ms,每个无线帧分为10个子帧,子帧长度为1ms;每个无线帧又可分为两个半帧(half-frame),第一个半帧长5ms、包含子帧#0~#4,第二个半帧长5ms、包含子帧#5~#9;这部分的结构是固定不变的。

5G NR的子载波间隔不再像LTE的子载波间隔固定为15Khz,而是可变的,可以支持5种配置,15kHz、30kHz、60kHz、120kHz、240kHz,为什么不能小于15KHz或大于240KHz呢?

相位噪声和多普勒效应决定了子载波间隔的最小值,而循环前缀CP决定了子载波间隔的最大值。我们当然希望子载波间隔越小越好,这样在带宽相同的情况下,能够传输更多的数据。但如果子载波间隔太小,相位噪声会产生过高的信号误差,而消除这种相位噪声会对本地晶振提出过高要求。

如果子载波间隔太小,物理层性能也容易受多普勒频偏的干扰;如果子载波间隔的设置过大,OFDM符号中的CP的持续时间就越短。设计CP的目的是尽可能消除时延扩展(delay spread),从而克服多径干扰的消极影响。CP的持续时间必须大于信道的时延扩展,否则就起不到克服多径干扰的作用。因此选择15KHz~240KHz都是技术和实现成本等一系列综合考虑的折中结果。

如下图所示,子载波间隔越大则时隙越短(最小的子载波间隔15KHz对应的时隙长1ms、最大的子载波间隔240KHz对应时隙长0.0625ms),对于uRLLC场景,要求传输时延低,此时网络可以通过配置比较大的子载波间隔来满足时延要求。

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