针对控制信道引入了波束扫描增强覆盖的技术,5G作为即将到来的下一代移动通信技术

随着3GPP 5G 标准NSA方案的正式发布,5G
NR相关商用产品的开发工作已经加快,2018年将是5G标准确定和商用产品研发的关键一年。当前,5G正处于标准确定的关键阶段,国际标准组织3GPP将于今年6月份完成5G
SA第一版本国际标准。我国于2016年初率先启动了5G研发和试验,目前已经进入第三阶段研发试验,将推动5G系统设备基本达到预商用水平。

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2017年11月16日,被视为“中国科技第一展”的高交会在深圳会展中心拉开帷幕,据了解,将有1000多项新产品新技术会在此次展会期间予以发布,新一代信息技术、生物科技、高端装备制造、智能制造、大数据、物联网、新能源、新材料等领域的先进技术和产品将为人们带来前所未有的科技体验。

作为5G的关键技术之一,大规模多天线技术,是在基站收发信机上采用超大规模天线阵列(比如数百个天线或更多)实现了更大的无线数据流量和连接可靠性。相比于传统的单/双极化天线及4/8通道天线,大规模天线技术能够通过不同的维度(空域、时域、频域等)提升频谱效率和能量的利用效率;3D赋形和信道估计技术可以自适应地调整各天线阵子的相位和功率,显著提升系统的波束指向准确性,将信号强度集中于特定指向区域和特定用户群,在增强用户信号的同时可以显著降低小区内干扰、邻区干扰,是提升用户信号SINR的绝佳技术。

会议期间,大唐移动研究规划总监沈子信表示,移动通信每10年便会出现一次重大技术变革,5G作为即将到来的下一代移动通信技术,网络支持速率更高、时延更低,支持的业务种类也将会更丰富,实现真正的万物互连。另外,他还提到,2017年将成为5G国际标准的关键年,产业链将全速推进,大唐正在不断加大投入,在与产业界一同推动建立5G统一标准的同时,注重提升自身的产业链环节能力,在系统设备、仪器仪表、芯片、安全等方面启动全面的5G开发工作,目前已经初具成果。

如何评价大规模多天线技术,针对协议上有关大规模多天线技术的设计及算法,采用什么样的测试指标和测试方法;怎样衡量大规模天线系统整体性能,大规模量产时整体的系统怎样验证;大规模天线系统在不同应用部署场景下,各种场景下性能如何验证;都是需要从测试角度充分考虑的问题。凭借在5G技术及测试领域的积累和优势,大唐移动在大规模多天线测试方面取得了较多的进展。

推动5G标准化制定 掌握特色技术

协议设计测试

在我国通信标准领域,大唐始终保持着话语权,是我国拥有自主知识产权的第三代移动通信标准TD-SCDMA的提出者、核心技术的开发者,同时也是TD-LTE
产业的重要推动者。面向未来5G,大唐正在积极参与标准的讨论制定,是5G推进组IMT-2020、ITU、3GPP等标准化组织的核心成员,参与ITU、3GPP等标准组织并担任ITU
5G技术评估组主席,是国家5G引领的主要支撑者。

在5G
NR协议中为了提高覆盖的性能在不同的传输信道定义了不同的下行导频,针对不同用户使用不同的DMRS,同时定义了多种多端口CSI-RS专门用于信道质量测量和预编码码本的计算。在上行信道也采用相同的思想,定义不同用户的DMRS和多端口SRS用于信道质量的测量和预编码码本的计算。天线数增多后,业务信道的覆盖通常能满足要求,而控制信道的能力并不会随着天线数增多而增强,因此控制信道的覆盖将会成为系统性能的瓶颈。在NR系统中,针对控制信道引入了波束扫描增强覆盖的技术。在大规模多天线中,需要选择合适的波束扫描的宽度和频率,进行波束管理和波束跟踪。在不同用户位置和信道环境下,需要验证基站采用何种码本发送和接收,采用发送几端口导频才能使用户之间干扰很小,导频占用开销尽量少,频谱效率最优。针对上述问题,大唐移动提出了对应的测试策略。

除了积极参与5G核心标准化工作外,大唐还在关系5G应用的重要技术方面加大了投入,沈子信说:“现在,大唐已经形成以‘大规模天线、非正交多址、超密集组网’为标志的5G核心技术,并在此基础上完成了5G新空口的架构和参数设计,形成了完整的5G系统方案。”

1.进行上行导频和预编码测试,通过移相系统或者信道模拟系统,远中近点用户构造不同用户间干扰及多径信道对不同端口的SRS发送方案和上行预编码版本的计算,进行导频开销、码本计算准确性测试。

测试结果优异 全面领跑技术试验

2.进行下行导频和预编码测试,验证不同端口的CSI-RS发送方案和下行预编码码本的计算,进行下行测量导频开销、码本计算准确性测试。

在我国5G技术试验阶段,大唐也始终走在前列。2016年9月,大唐顺利完成了大规模天线、新型多址、超密集组网、移动边缘计算等7个测试项目。大唐的无线特色技术测试结果处于业内领先水平。

3.进行波束扫描的测试,通过移相系统或者信道模拟系统,模拟用户的不同位置和不同的运动方向,水平+垂直运动,确认不同的用户接收到理论应该接收的波束,同时进行覆盖增强的增益的测试。

在北京怀柔启全球最大的5G试验外场中,大唐创造了多个领先:领先建设了外场试验环境,中心站及核心机房已建设完成,具备接入网、核心网、边缘计算、测试终端的完整测试环境,可以支撑全球最大的5G试验网建设;大唐业内首次测试5G基站覆盖能力,采用大规模天线技术,在3.5GHz频段下保持100Mbps下载速率下覆盖距离超过2km;大唐首家建设的宏微立体覆盖场景,实现宏微协同组网和双连接,具备了5G立体组网的典型验证环境……

关键算法性能测试

今年9月28日,
IMT-2020推进组发布了中国5G技术研发试验的第二阶段测试结果,宣布我国顺利完成5G技术试验第二阶段测试工作。大唐等厂商完成了连续广域覆盖、热点高容量、低时延高可靠、低功耗大连接、其他混合场景和5G核心网的服务化架构、边缘计算的测试,开展了热点高容量场景的测试。其中,大唐在业内首次完成3.5GHz和4.9GHz各两个200MHz的双连接测试。此外,还与是德科技和大唐联仪开展了功能互操作测试。各项技术的测试结果均达到预期,充分验证了前期的研究成果,进一步增强了业界加快推动5G技术创新发展的信心。

在现有的一体化系统的架构下,大规模多天线系统的基站研究的方向主要包括:基站天线架构设计、物理层信号检测、物理层信道估计;MU-MIMO配对算法、用户调度和资源分配策略等。随着天线数的增多,大规模多天线的性能将会趋于平缓,天线趋于很多时,信道之间趋于正交,此时可以使用多用户复用。MU-MIMO技术的核心是信道估计和多用户配对算法。快速有效的信道检测与估计;根据场景和应用,选择合适的多用户配对算法进行物理资源的调度和资源分配。针对以上这些关键算法的研究,需要进行相应的验证测试。

加强产业链合作 关注5G融合创新

首先,需要进行天线校准测试。为了实现精确波束赋形,射频信号路径间的相位差须小于±5°。通过使用移相器或者信道模拟器对大规模天线的所有射频通道进行校准结果的验证。

“为积极推动和促进5G发展,大唐与产业链上下游企业积极合作,建设良好的5G产业生态,为中国的5G引领打下坚实基础”,沈子信说。在系统技术和标准方面,大唐与中国信通院、中国移动、中国电信、中国联通进行了深入的合作,共同推动5G标准化。在5G系统产品开发领域,与Intel等公司开发5G预商用基站产品,并参与到工信部的试验网测试中,测试成绩优异。在毫米波领域,大唐与中国电科、是德科技、高通等企业进行合作,大唐毫米波射频指标测试结果优异。

其次,需要进行干扰抑制性能测试。为了降低用户之间的干扰,针对给每个用户发送的赋形信号之间干扰要尽量小,基站需要进行干扰抑制,在不同信道场景不同用户位置的情况下,进行干扰抑制的性能测试。

虽然5G研究目前还聚焦于技术研究和设备预研阶段,但5G成功的关键在于应用的拓展与落地。大唐十分关注5G长期发展能力,积极与各行业加强应用技术方面的创新与合作,尤其在物联网以及车联网领域进行了重点布局,联手合作伙伴打造包涵终端、网络、平台、应用等方面的完整生态链。

最后,需要多用户配对性能测试。通过连接信道模拟器,在不同信道场景不同运动速度好中差点多用户同时存在情况下,选择合适的用户之间进行配对,进行吞吐量最大化的多用户配对性能测试。

以车联网为例,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。

大规模天线系统整体性能测试

在最后,沈子信表示,大唐将以我国5G引领的战略为目标,开展关键技术研究与产业研发,不断提升企业创新能力,并与高校、企业展开广泛合作,实现共赢发展。
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对于大规模天线系统,目前普遍采用的方式是射频单元和信号辐射单元合为一体的有源天线。对于在频段范围6
GHz以下的时候,波长相对较大,各射频单元之间的间距还比较大,可以采用传统的传导方式进行测试,但是针对有源天线整体的测试,还是需要进行一体化的OTA测试。对于在频段范围大于6
GHz的毫米波频段,由于波长很小,各射频单元的间距很小,同时射频单元与辐射单元都集成在一起,不能再使用传统的传导方式进行测试,只能进行OTA测试。

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