無線通信新技術(shù)

無線通信新技術(shù)

夏民俊簡(jiǎn)述

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，無線通信技術(shù)在人們生活中已變得更加重要，其廣泛運(yùn)用，對(duì)推動(dòng)社會(huì)生產(chǎn)生活的不斷發(fā)展起到了巨大的作用，已成為信息時(shí)代社會(huì)生活不可或缺的一部分。下面的內(nèi)容是在無線電通信技術(shù)的熱點(diǎn)問題進(jìn)行闡述基礎(chǔ)上，對(duì)無線通信技術(shù)的新技術(shù)進(jìn)行了趨勢(shì)分析及展望。

對(duì)新技術(shù)的趨勢(shì)分析及展望

新技術(shù)的崛起，將會(huì)深刻的改變著無線通信未來技術(shù)發(fā)展走向。未來的無線通信網(wǎng)絡(luò)將會(huì)呈現(xiàn)綜合化、一體化、寬帶化趨勢(shì)。從目前移動(dòng)通信的技術(shù)發(fā)展來看，LTE技術(shù)將會(huì)變成主導(dǎo)，形成對(duì)全世界移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的無縫覆蓋；而WLAN、WiMAX等寬帶接入技術(shù)，將因其自己不同的技術(shù)特點(diǎn)，在不同覆蓋范圍與移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)形成有效互補(bǔ)。未來，寬帶化將變成無線通信技術(shù)的演進(jìn)方向。

無線通信領(lǐng)域各種技術(shù)互為補(bǔ)充，不同的接入技術(shù)都有不同的覆蓋范圍、技術(shù)特點(diǎn)和接入速率。根據(jù)無線寬帶接入技術(shù)特點(diǎn)，在不同覆蓋范圍或應(yīng)用區(qū)域內(nèi)，各種寬帶無線技術(shù)與移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)形成有效互補(bǔ)，可實(shí)現(xiàn)近距離的超高速無線接入，可解決中距離的較高速數(shù)據(jù)接入

信息個(gè)人化是發(fā)展的主要方向之一，而移動(dòng)正是實(shí)現(xiàn)未來信息個(gè)人化的重要技術(shù)手段，在智能移動(dòng)終端上，實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用正逐步成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)之一。移動(dòng)智能網(wǎng)技術(shù)與技術(shù)的組合將進(jìn)一步推動(dòng)全球個(gè)人通信的趨勢(shì)。網(wǎng)絡(luò)融合趨勢(shì)

網(wǎng)絡(luò)融合已成為電信業(yè)發(fā)展的大趨勢(shì)，主要體現(xiàn)在：移動(dòng)與固定網(wǎng)絡(luò)融合，通信網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)與廣播電視網(wǎng)融合（也即三網(wǎng)融合），信息通信網(wǎng)絡(luò)與基于傳感器和RFID的現(xiàn)實(shí)物質(zhì)網(wǎng)融合。在未來NGN概念中，固定網(wǎng)絡(luò)將形成一個(gè)高帶寬、IP化、具有強(qiáng)QoS保證的信息通信網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，而3G，寬帶固定無線接入、各種無線局域網(wǎng)或城域網(wǎng)方案，都將成為大NGN平臺(tái)的延伸部分。

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)，正以前所未有的速度發(fā)展，從而使移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)呈爆炸性增長(zhǎng)。在未來的技術(shù)演進(jìn)中，更豐富的通信模式、更好的用戶體驗(yàn)，更廣泛的應(yīng)用拓展，都是重要的發(fā)展方向。為了應(yīng)對(duì)海量流量的挑戰(zhàn)，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)正向“無容量限制的無線網(wǎng)絡(luò)”，即所謂的“大管道”方向發(fā)展，技術(shù)不斷取得突破。在面向未來的無線技術(shù)演進(jìn)中，適應(yīng)應(yīng)用場(chǎng)景、滿足用戶體驗(yàn)成為決定因素。

基于對(duì)未來關(guān)鍵技術(shù)的不斷關(guān)注和投入，中興通訊發(fā)布了2015年在無線領(lǐng)域最為關(guān)注的十大熱點(diǎn)技術(shù)，分別如下：

一、新多址接入方式NMA二、新編碼調(diào)制與鏈路自適應(yīng)技術(shù)三、多天線技術(shù)Massive

MIMO四、高頻通信五、無線回傳Self-backhaul六、小區(qū)虛擬化Virtual

Cell七、超寬帶基站UBR八、胖基站FatNodeB九、NFV/SDN技術(shù)十、設(shè)備到設(shè)備通信D2D新多址接入方式NMA

未來5G應(yīng)用已經(jīng)聚焦到移動(dòng)寬帶和物聯(lián)網(wǎng)，對(duì)廣覆蓋、高容量低時(shí)延、海量連接提出更高需求，5G勢(shì)必需要引入新的多址接入方式。較之目前主流無線通信系統(tǒng)中的各種正交\準(zhǔn)正交多址方案(TDMA,CDMA,OFDMA)，中興通訊首推的新多址技術(shù)MUSA(Multi-UserSharedAccess)是完全基于更為先進(jìn)的非正交多用戶信息理論的。

MUSA上行接入通過創(chuàng)新設(shè)計(jì)的復(fù)數(shù)域多元碼以及基于串行干擾消除（SIC）的先進(jìn)多用戶檢測(cè)，讓系統(tǒng)在相同時(shí)頻資源上支持?jǐn)?shù)倍用戶數(shù)量的高可靠接入；并且可以簡(jiǎn)化接入流程中的資源調(diào)度過程，因而可大為簡(jiǎn)化海量接入的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，縮短海量接入的接入時(shí)間，降低終端的能耗。MUSA下行則通過創(chuàng)新的增強(qiáng)疊加編碼及疊加符號(hào)擴(kuò)展技術(shù)，可提供比主流正交多址更高容量的下行傳輸，并同樣能大為簡(jiǎn)化終端的實(shí)現(xiàn)，降低終端能耗。新編碼調(diào)制與鏈路自適應(yīng)技術(shù)

面對(duì)5G的核心需求，傳統(tǒng)鏈路自適應(yīng)技術(shù)已經(jīng)無法滿足，而新的編碼調(diào)制與鏈路自適應(yīng)技術(shù)可以顯著地提高系統(tǒng)容量、減少傳輸延遲、提高傳輸可靠性、增加用戶的接入數(shù)目。中興通訊提出了軟鏈路自適應(yīng)（softlinkadaptation；SLA）、物理層包編碼(physicallayerpacketcoding;PLPC)、吉比特超高速譯碼器技術(shù)(Gbpshighspeeddecoder;GHD)等。

軟鏈路自適應(yīng)技術(shù)提高了信道預(yù)測(cè)和反饋方法的準(zhǔn)確性、解決了開環(huán)鏈路自適應(yīng)OLLA的周期較長(zhǎng)、干擾突發(fā)對(duì)性能的影響，以及5G各種新場(chǎng)景對(duì)QOS的差異化需求（低延遲或超可靠或高吞吐量或高速移動(dòng)）等問題。物理層包編碼技術(shù)可以有效地解決大數(shù)據(jù)包與小編碼塊之間的矛盾。吉比特超高速譯碼器技術(shù)可以顯著地提高單用戶的速度，滿足5G需要支持超高速用戶數(shù)據(jù)速率的要求。多天線技術(shù)Massive

MIMO

目前無線網(wǎng)絡(luò)流量已呈現(xiàn)出爆炸式增長(zhǎng)，提升無線網(wǎng)絡(luò)容量的方法有多種，主要包括：提升頻譜效率、提高網(wǎng)絡(luò)密度、增加系統(tǒng)帶寬、智能業(yè)務(wù)分流等。其中大規(guī)模天線陣列技術(shù)獲得越來越多的關(guān)注。

大規(guī)模天線陣列的基本特征，就是通過在基站側(cè)配置數(shù)量眾多的天線陣列（從幾十至幾千），獲得比傳統(tǒng)天線陣列（傳統(tǒng)天線陣列數(shù)不超過8個(gè)）更為精確的波束控制能力，然后通過空間復(fù)用技術(shù)，在相同的時(shí)頻資源上，同時(shí)服務(wù)更多用戶來提升無線通信系統(tǒng)的頻譜效率。大規(guī)模天線陣列可很好地抑制干擾，帶來巨大的小區(qū)內(nèi)及小區(qū)間的干擾抑制增益，使得整個(gè)無線通信系統(tǒng)的容量和覆蓋范圍得到進(jìn)一步提高。

大規(guī)模天線陣列技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，但如何在現(xiàn)實(shí)約束條件下充分挖掘其潛在的巨大增益亟待深入研究，特別是信道信息獲取、天線陣列設(shè)計(jì)、碼本設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)的研究，中興通訊在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域取得了一定優(yōu)勢(shì)，2014年11月中興通訊攜手中國(guó)移動(dòng)，成功完成全球首個(gè)128天線MassiveMIMO外場(chǎng)預(yù)商用測(cè)試。高頻通信

目前無線通信6GHz以下頻譜已經(jīng)十分擁擠可用帶寬有限，而30GHz~300GHz有大量的可用頻譜，這些頻譜對(duì)無線通信極具吸引力。毫米波頻段相對(duì)于現(xiàn)有的蜂窩網(wǎng)載頻其傳輸損耗大。同時(shí)由于高頻波長(zhǎng)短，單位面積上發(fā)送機(jī)和接收機(jī)可以配置更多的天線獲得更大的波束成形增益，來補(bǔ)償額外的路徑損耗。

采用高增益天線的基站，在獲得權(quán)值前，無法利用優(yōu)選波束覆蓋到接收端，終端測(cè)量不準(zhǔn)，通信雙方不能以優(yōu)選波束權(quán)值進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。移動(dòng)環(huán)境對(duì)準(zhǔn)高增益的窄波束困難，若不實(shí)現(xiàn)最優(yōu)波束識(shí)別終端無法完成小區(qū)駐留或勉強(qiáng)駐留小區(qū)但傳輸質(zhì)量差，與5G網(wǎng)絡(luò)的高速率預(yù)期相悖。因此波束識(shí)別、跟蹤是高頻通信的一個(gè)普遍存在的問題。在高頻通信系統(tǒng)加入波束發(fā)現(xiàn)過程，通過發(fā)現(xiàn)過程使得基站和終端得以發(fā)現(xiàn)對(duì)方，利用優(yōu)選波束進(jìn)行高數(shù)據(jù)量通信。無線回傳Self-backhaul

有線Backhaul使密集部署的成本變得不可接受，而且會(huì)大大限制基站部署的靈活性。微波作為Backhaul需要額外的頻譜資源，并且增加了傳輸節(jié)點(diǎn)的硬件成本。在有遮擋時(shí)，微波的信道質(zhì)量將受到嚴(yán)重影響，這限制了站址的選擇，降低了部署的靈活性。

Self-backhaul使用與接入鏈路相同的無線傳輸技術(shù)和頻率資源，很好地解決了有線backhaul及微波backhaul存在的問題。但Self-backhaul消耗了接入鏈路的可用資源，限制了網(wǎng)絡(luò)容量的進(jìn)一步提高。因此，Self-backhaul容量增強(qiáng)是UDN的一個(gè)重要研究方向。

增強(qiáng)Self-backhaul容量的技術(shù)手段包括：（1）利用多天線技術(shù)進(jìn)一步擴(kuò)展空域自由度；（2）通過接收端協(xié)作增強(qiáng)接收能力；（3）利用內(nèi)容感知技術(shù)挖掘相同的服務(wù)請(qǐng)求，通過多播/廣播提高資源使用效率。（4）backhaul鏈路與接入鏈路間動(dòng)態(tài)資源分配。小區(qū)虛擬化Virtual

Cell

小區(qū)虛擬化是解決邊界效應(yīng)的關(guān)鍵，其核心思想是“以用戶為中心”提供服務(wù)。虛擬小區(qū)由用戶周圍的多個(gè)接入節(jié)點(diǎn)組成，它就像影子一樣隨著用戶的移動(dòng)及周圍環(huán)境的變化而快速的更新，使得無論用戶在什么位置都可以獲得穩(wěn)定的數(shù)據(jù)通信服務(wù)，達(dá)到一致的用戶體驗(yàn)。

虛擬小區(qū)打破了以“蜂窩小區(qū)”為中心的傳統(tǒng)移動(dòng)接入網(wǎng)理念，轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆浴坝脩魹橹行摹钡慕尤刖W(wǎng)絡(luò)。即每個(gè)接入網(wǎng)絡(luò)的用戶擁有一個(gè)跟用戶相關(guān)的“虛擬小區(qū)”，該小區(qū)由用戶周邊的幾個(gè)物理小區(qū)組成，物理小區(qū)之間彼此協(xié)作，共同服務(wù)于該用戶。當(dāng)用戶在網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)時(shí)，該虛擬小區(qū)包含的物理小區(qū)動(dòng)態(tài)變化，但虛擬小區(qū)ID保持不變。因而在用戶移動(dòng)過程中沒有切換發(fā)生，無論用戶身在何處，都能得到來自周邊多個(gè)物理小區(qū)的良好信號(hào)覆蓋和最佳的接入服務(wù)。虛擬小區(qū)是移動(dòng)接入理念的一次革命，真正實(shí)現(xiàn)了從“用戶找網(wǎng)絡(luò)”到“網(wǎng)絡(luò)追用戶”的夢(mèng)想。超寬帶基站UBR

據(jù)統(tǒng)計(jì)，歐洲14個(gè)國(guó)家的54家運(yùn)營(yíng)商中，具備1.8GHz和2.1GHz雙頻段的有45家，占比達(dá)到83%。大中型運(yùn)營(yíng)商基本上都擁有多個(gè)移動(dòng)頻段牌照，運(yùn)營(yíng)商融合也大大加速了無線基礎(chǔ)設(shè)施共享進(jìn)程，無線基礎(chǔ)設(shè)施正在逐步從寬帶向超寬帶方向發(fā)展。

2015年，支持多個(gè)頻段的超寬帶基站技術(shù)UBR（Ultra

-Broadband

Radio）將會(huì)迎來快速發(fā)展機(jī)會(huì)。超寬帶基站技術(shù)突破了一個(gè)射頻通道僅支持一個(gè)頻段的限制，實(shí)現(xiàn)了雙頻段或多頻段同時(shí)工作的超寬帶處理能力，其核心技術(shù)包括：超寬帶收發(fā)信機(jī)技術(shù)，超寬帶功放技術(shù)，超寬帶DPD技術(shù)以及協(xié)同雙工技術(shù)等等。去年中興通訊在業(yè)界率先推出了1.8GHz+2.1GHz超寬帶UBR基站，單通道365MHz的發(fā)射帶寬能夠支持1.8GHz和2.1GHz兩個(gè)頻段同時(shí)工作，且能實(shí)現(xiàn)雙頻段之間的功率共享。胖基站FatNodeB

胖基站技術(shù)，實(shí)質(zhì)是進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)扁平化，可以滿足更加復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景，是一種可以實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)基站混合組網(wǎng)的一種新型的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。

首先，胖基站集成了部分核心網(wǎng)控制面功能，顯著縮短終端接入信令過程。簡(jiǎn)化了核心網(wǎng)功能，使得核心網(wǎng)只需專注于與無線制式無關(guān)的核心業(yè)務(wù)，更容易提供更多的個(gè)性化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。其次，胖基站集成了核心網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)功能，終端的流量經(jīng)過胖基站后就可以直接進(jìn)入PDN網(wǎng)絡(luò)，無需回傳到遠(yuǎn)端核心網(wǎng)網(wǎng)關(guān)。這可以減輕核心網(wǎng)用戶面轉(zhuǎn)發(fā)負(fù)荷，降低傳輸成本。此外，網(wǎng)關(guān)下移到基站也為內(nèi)容本地化提供了便利。在胖基站上同址部署內(nèi)容服務(wù)器，讓終端就近獲取內(nèi)容，可以大大降低傳輸時(shí)延，提升用戶體驗(yàn)。

中興通訊提出的胖基站解決方案，是繼承和發(fā)揚(yáng)了4G的扁平化思路，以用戶為中心，讓服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)更加扁平，更加貼近終端用戶。NFV/SDN技術(shù)

傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)專用設(shè)備多，相比IT網(wǎng)絡(luò)存在更高昂的建設(shè)費(fèi)用、更龐雜的運(yùn)維開支和更封閉的業(yè)務(wù)形式，使運(yùn)營(yíng)商在“收”“支”兩端都面臨窘境。近幾年興起的網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化NFV（NetworkFunctionVirtualization）和SDN（SoftwareDefinedNetwork）技術(shù)讓運(yùn)營(yíng)商看到了曙光。

NFV的技術(shù)基礎(chǔ)是虛擬化技術(shù)。虛擬化技術(shù)提供了將一套服務(wù)器的相關(guān)資源（如計(jì)算，存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)）虛擬化成多個(gè)不同虛機(jī)為不同的用戶使用的手段。在電信網(wǎng)絡(luò)中引入虛擬化技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)電信網(wǎng)絡(luò)硬件資源的共享，提升硬件資源的利用率，也為快速引入第三方新業(yè)務(wù)開啟了一道方便之門。電信網(wǎng)絡(luò)功能本身支持虛擬化后，與專用硬件設(shè)備解除了耦合關(guān)系，使得電信網(wǎng)絡(luò)采用IT化、通用化硬件資源成為可能，有利于運(yùn)營(yíng)商降低硬件采購(gòu)成本。

SDN技術(shù)源于IP網(wǎng)絡(luò)的路由控制，它通過將路由設(shè)備的控制和轉(zhuǎn)發(fā)相分離，將對(duì)網(wǎng)絡(luò)中大量路由器繁雜的路由配置工作轉(zhuǎn)化成通過控制器集中式配置并下發(fā)到轉(zhuǎn)發(fā)面執(zhí)行的方式，極大簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)路由維護(hù)工作。同時(shí)SDN還可以通過開放北向接口使第三方應(yīng)用方便的控制網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)路由。在電信網(wǎng)絡(luò)中引入SDN技術(shù)，不但可以提升網(wǎng)絡(luò)部署的自動(dòng)化能力，實(shí)現(xiàn)基于業(yè)務(wù)的靈活組件調(diào)度，同時(shí)，通過在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（如SAEGW）內(nèi)部引入SDN化理念，還可以有效促進(jìn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的扁平化，提升報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)的效率。設(shè)備到設(shè)備通信D2D

作為面向5G的關(guān)鍵候選技術(shù)，設(shè)備到設(shè)備通信（Device-to-Device，D2D）具有潛在的提高系統(tǒng)性能、提升用戶體驗(yàn)、擴(kuò)展蜂窩通信應(yīng)用的前景，因而受到業(yè)界的廣泛關(guān)注。D2D主要的應(yīng)用場(chǎng)景包括如下幾個(gè)方面：1、社交應(yīng)用：用戶通過D2D的發(fā)現(xiàn)和通信功能，可以尋找鄰近區(qū)域的感興趣用戶并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，內(nèi)容分享；2、網(wǎng)絡(luò)流量卸載：鄰近用戶之間的蜂窩通信切換到D2D模式，節(jié)省空口資源、降低核心網(wǎng)傳輸壓力；3、物聯(lián)網(wǎng)通信增強(qiáng)：在車聯(lián)網(wǎng)、海量用戶終端、智能家居等存在大量終端的場(chǎng)景中，終端以D2D形式接入到已接入網(wǎng)絡(luò)的特定終端，緩解巨量終端接入帶來的擁塞；4、應(yīng)急通信：當(dāng)覆蓋出現(xiàn)盲區(qū)或因?yàn)?zāi)害網(wǎng)絡(luò)損壞時(shí)，用戶設(shè)備通過D2D與位于覆蓋內(nèi)的用戶設(shè)備建立連接，從而以D2D中繼的形式建立與網(wǎng)絡(luò)的連接；下面重點(diǎn)就介紹一下超寬帶無線電技術(shù)和ZigBee技術(shù)：

超寬帶調(diào)制使用基帶脈沖成型，上升和下降時(shí)間極快，在次納秒范圍內(nèi)。這樣的脈沖生成一個(gè)真正的寬帶頻譜，范圍在近零頻到幾GHz之間，不需要常規(guī)窄帶調(diào)制所需的射頻上變頻。在19世紀(jì)Holmholtz的菱中就有UWB的概念，當(dāng)時(shí)曾引起爭(zhēng)議。UWB亦稱脈沖無線電，可使用極便宜的寬帶發(fā)射器件，發(fā)展機(jī)的脈沖波形直接送到天線，因此不需要上變頻。通過調(diào)整超短時(shí)脈沖（單脈沖）的獨(dú)特形狀，并調(diào)整天線單元對(duì)脈沖的負(fù)載特性進(jìn)行頻譜成形。單脈沖的峰值到峰值時(shí)間一般在十皮秒或百皮秒數(shù)量級(jí)，這是決定發(fā)射頻譜的關(guān)鍵。UWB信號(hào)的功率譜密度很低，可以在整個(gè)頻譜上與其它射頻器件同時(shí)使用。由于UWB的帶寬極大，允許極高的信號(hào)速率，可用于下一代無線局域網(wǎng)。另外，可以發(fā)射很多單脈沖來組成一個(gè)信號(hào)比特，從而提供編碼增益和碼分集。已作過用UWB在大樓內(nèi)提供超過大型可靠數(shù)據(jù)速率的演示。

當(dāng)我們還在感嘆新一代802.11nWi-Fi傳輸速度如此迅捷的時(shí)候，日本科學(xué)家已經(jīng)開始研究下一代無線網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)了。他們最近剛剛打破了Wi-Fi無線傳輸速度的世界紀(jì)錄，傳輸速率比目前的