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1.6 5G技术演进

为了能满足1.5节介绍的关键指标要求,5G时代必须采用更加激进的技术。其实,到了4G时代,移动通信网络的发展演进就已经出现了分支,如图1-6所示。

图1-6 移动通信演进分支

● 一边是大流量,一边是小数据。

● 一边是移动宽带,一边是物联网时代。

因此,为了满足未来移动通信用户数即网络容量的极大增长,以及满足巨大的物联网业务需求和超高的数据传输速率要求,除上述移动通信网络架构的演进之外,所谓第5代即5G移动通信技术也是从以下3个维度来演进的,如图1-7所示。

● 提升频谱效率。

● 扩展工作频段。

● 增加网络密度。

图1-7 5G移动通信技术演进的3个维度

由于以下两项技术的普遍采用,移动通信的频谱利用效率也在不断演进和提高。

● 高阶调制技术:QPSK→16QAM→64QAM→256QAM→1024QAM,相应的调制效率也为2→4→6→8→10。

● 多天线技术支持的流数(Layer):MIMO2×2→MIMO4×4→MIMO8×8→MIMO16×16→Massive MIMO256(智能天线阵列),最大同时支持16流传输。

频谱利用率越来越接近香农定律的极限值,移动通信频谱效率演进如图1-8所示。

图1-8 移动通信频谱效率演进

另外,由于要支持超高数据传输速率,除了上面说的频谱效率提升,蜂窝小区的工作带宽也自然变得越来越大,或者引入多载波聚合(CA)技术提升小区带宽:200kHz→1.25MHz→5MHz→10MHz→20MHz→100MHz→200MHz→400MHz。无线频段也随之越来越往高频段扩展:700MHz→900MHz→1800MHz→2100MHz→2600MHz→3GHz→6GHz→24GHz。而频率越高的无线电波传播的损耗越大,穿透力越差,导致小区覆盖范围越来越小,如图1-9所示。

频段越高,小区覆盖范围越小,因此蜂窝网络密度也就越来越大,也就意味着运营商需要部署更多的基站,未来5G基站将无处不在,沿街每一个路灯柱子上面都有可能安装一个基站,每个家庭也将安装一个私有基站,面对这么庞大的网络基站规模,移动通信网络建设和维护成本也会越来越大。因此要求未来5G移动通信网络必须具备足够的灵活性,也就是说网络应该具有强大的自治力、自适应力和创造力,并能从无线环境中学习,各网元、各基站之间能相互协同工作、自适应优化、自适应配置,从而实现任何时间、任何地点的高可靠、高速率通信,以及对异构网络环境下有限的无线频谱资源进行高效利用。只有这样才能实现网络的虚拟化(Network Function Virtual,NFV)、协作化、云化(Cloud)和软件化(Soft Defined Network,SDN),网络维护成本才能足够低。

图1-9 移动通信不同频段的小区覆盖范围 /RhLMXYJIA74iHuVi6rk6o1SDcvlHchT7+ghhGc8N/cTQXlzDbhoNEnVuDekRmd7

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