5G：一場更加緊迫的漸進式革命

　　當(dāng)前，隨著我國4G網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模部署和即將大規(guī)模商用，5G的研究已經(jīng)逐漸進入行業(yè)的視野，有關(guān)5G的研討已經(jīng)全面展開。特別是今年5月28日在北京召開的“IMT-2020（5G）愿景展望”峰會正式明確我國5G研究的目標(biāo)之后，業(yè)界對于5G的熱情更是空前高漲。9月12日，當(dāng)接到通知去參加一個未來移動通信技術(shù)的重要研討會后記者欣然前往。路上，當(dāng)?shù)弥诵械哪康牡夭皇秦悹枌嶒炇?，不是斯德哥爾摩，不是上海、深圳，而是歷史文化名城福建泉州時，記者不由得心生納悶，到底是什么技術(shù)能吸引中國移動研究院無線技術(shù)首席科學(xué)家易芝玲博士團隊、中國工程院院士倪光南、清華大學(xué)寬帶通信重點實驗室主任王昭誠教授等國內(nèi)頂級專家悉數(shù)到場？在泉州一家風(fēng)景秀麗的產(chǎn)業(yè)園里，答案慢慢浮出了水面。

　　“未來移動通信的射頻技術(shù)研發(fā)方向應(yīng)該遵循‘小、大、超、高、有’五字原則！”光微電子公司首席科學(xué)家莊昆杰的一句話，拉開了“中國移動研究院與光微電子公司聯(lián)合研發(fā)創(chuàng)新技術(shù)交流會”的帷幕。他表示，這五個字具體來說，就是小型化、大規(guī)模、超寬帶、高隔離、有源化。用于大規(guī)模天線系統(tǒng)的小型化有源天線模組及用于全雙工系統(tǒng)的高隔離度天線設(shè)計是中國移動研究院的研究重點，而光微電子立足于自主創(chuàng)新的微波射頻領(lǐng)域前沿技術(shù)研發(fā)，與面向無線通信市場領(lǐng)域的微波射頻產(chǎn)品開發(fā)與規(guī)?；圃?，在射頻天線小型化及高隔離度方面有深厚積累。雙方在5G關(guān)鍵技術(shù)研究的目標(biāo)上互相補充，在技術(shù)領(lǐng)域既有交叉又能形成互補。

　　易芝玲認(rèn)為，雖說5G研究是一個遠期目標(biāo)，但是絕對不是看得見摸不著的海市蜃樓。從2G開始，各代移動通信系統(tǒng)技術(shù)之間并不是如刀切豆腐般完全隔離的，而是有著千絲萬縷的聯(lián)系，甚至可以用前沿技術(shù)成果“反哺”現(xiàn)役網(wǎng)絡(luò)。我們?nèi)缃裱芯刻接懙暮芏嚓P(guān)鍵技術(shù)如面向超大規(guī)模天線陣列的射頻天線一體化單元，可以馬上在現(xiàn)有的3G網(wǎng)絡(luò)與即將大規(guī)模建設(shè)的4G網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用，改變現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的物理部署形式，使得布網(wǎng)成本、信號覆蓋性能指標(biāo)產(chǎn)生極大的飛躍，而接下來如果同頻同時全雙工通信取得突破的話，將在移動通信領(lǐng)域產(chǎn)生一場新的革命。這樣就使得5G研究有了更加緊迫的現(xiàn)實意義。

　　超大規(guī)模天線

　　不知不覺將超高速率帶到身邊

　　眾所周知，多天線MIMO系統(tǒng)是4G標(biāo)準(zhǔn)的核心技術(shù)，也是通信系統(tǒng)不斷提高頻譜效率的基礎(chǔ)。未來業(yè)務(wù)的發(fā)展對下一代通信系統(tǒng)IMT-2020（5G）提出了更高的性能需求，易芝玲倡議5G技術(shù)研發(fā)必須做到能耗效率與頻譜效率并重。理論研究表明，基站端使用超大規(guī)模的天線單元能同時提升以上兩個指標(biāo)。

　　莊昆杰介紹說，光微研發(fā)的小型化、寬頻化、高效率天線技術(shù)，采用了微帶線激勵微槽輻射器并在輕薄空間內(nèi)形成多個不同頻率的駐波型空間電磁場，通過圓形薄片調(diào)節(jié)器，從而高效率形成所需要的電磁波，向空間傳播輻射。與傳統(tǒng)的分米波段半波振子天線主流技術(shù)相比較，具有小型化、輕薄緊湊、受風(fēng)面積小、重量輕、便于安裝等優(yōu)點。以此為基礎(chǔ)，完全可以構(gòu)建超大規(guī)模陣列天線，可以將現(xiàn)有的系統(tǒng)吞吐速率至少有數(shù)量級的提升，目前128個單元的天線已經(jīng)可以做到30×120cm，未來更將能實現(xiàn)20×80cm尺寸目標(biāo)。

　　易芝玲表示，隨著移動通信用戶對于速率的要求越來越高，未來天線既要滿足高速率又要盡可能綠色隱形化，比如天線可以做成建筑物上瓷磚的形狀，神不知鬼不覺地實現(xiàn)高效信號覆蓋。比如廈門環(huán)島路上著名的“一國兩制統(tǒng)一中國”標(biāo)語牌，完全就可以設(shè)計成超大規(guī)模陣列天線，特別是其中的那個“中”字結(jié)構(gòu)簡單又對稱，是大規(guī)模天線陣的上佳之選。

　　此次移動研究院與光微電子重點探討了超大規(guī)模天線系統(tǒng)在陣列天線設(shè)計方面的核心技術(shù)難題。本項目的研究初始以D頻段（2570~2620MHz）實現(xiàn)128天線陣列為目標(biāo)，長遠目標(biāo)為在下一代系統(tǒng)的可選頻段實現(xiàn)1024天線陣列。易芝玲表示，一切順利的話，在年底前將做出滿足要求的128天線陣列樣機。

　　射頻天線一體化單元

　　可顛覆蜂窩概念

　　如今，小基站被認(rèn)為是未來網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)高容量熱點部署的核心解決方案。小型化、一體化、高能效的小基站設(shè)計是4G低成本大規(guī)模部署的必要條件。面向小基站應(yīng)用的射頻一體化單元將幫助小基站無處不在。

　　易芝玲強調(diào)，誕生于1947年的蜂窩概念，貫穿了移動通信網(wǎng)絡(luò)的1G到4G時代，其理念是以每個基站為核心，所有的信令、資源配置和覆蓋規(guī)劃都是基站化的。今天，為了適應(yīng)流量的不均勻分配現(xiàn)狀，無論是采用異構(gòu)網(wǎng)還是采用多點協(xié)作技術(shù)，事實上都是在打破蜂窩的邊界，為蜂窩之間貼上“膠布”。而射頻一體化單元就像一張張“膠布”，有了這些可以設(shè)計成吸頂燈、字典、筆筒盒等大小的各種各樣的射頻一體化單元，在各個流量熱點地區(qū)隨意疊加覆蓋，未來移動信號的深度覆蓋問題將迎刃而解。

　　莊昆杰說，為了讓小基站變得更小、更加靈活，光微電子力爭在10月份研制出最小體積的射頻前端技術(shù)，包括高隔離度收發(fā)天線，具有交叉耦合功能的空腔介質(zhì)濾波器和具有AGC、ALC功能的接收發(fā)射模片。同時，作為一種獨立的產(chǎn)品形態(tài)，在宏基站的深度覆蓋（轉(zhuǎn)發(fā)器）、無線中繼器和集成式微放器三種應(yīng)用場景中進行現(xiàn)場實驗研究。

　　本次移動研究院和光微電子初期將以E/D頻段（E: 2320~2370MHz室內(nèi)；D：2570~2620MHz室外）為基礎(chǔ)開始實驗，后期將基于下一代系統(tǒng)的可選頻段開始實驗。

　　同頻同時全雙工

　　醞釀著一場新的革命

　　凡是對移動通信基礎(chǔ)技術(shù)有了解的人都明白，如果實現(xiàn)了同頻同時全雙工，那么之前多年來的頻分、時分的糾結(jié)將不復(fù)存在。的確，全雙工通信是最直接提高系統(tǒng)頻譜效率的方法。為滿足全雙工通信，需要在天線、射頻、基帶處理各個環(huán)節(jié)進行自干擾消除。

　　IMT-2020（5G）推進技術(shù)組副組長、中國移動研究院主任研究員潘振崗博士介紹說，未來移動通信技術(shù)要充分利用頻譜資源，這就要求在同頻同時全雙工（CCFD）等關(guān)鍵技術(shù)上取得突破。移動研究院致力于同頻同時全雙工技術(shù)系統(tǒng)研究和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用研究，包括同頻同時全雙工的干擾消除技術(shù)、組網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)、幀結(jié)構(gòu)設(shè)計以及全雙工系統(tǒng)的信令流程；其中，干擾消除技術(shù)中光微的天線射頻消除技術(shù)可與移動研究院相互補充。本項目目標(biāo)高隔離度的天線設(shè)計實現(xiàn)自干擾消除。初期以F/A頻段（1880MHz~1920MHz， 2010MHz~2025MHz），后期將基于下一代系統(tǒng)的可選頻段。目前由光微實現(xiàn)的收發(fā)兩個天線振子間隔2.5厘米距離實現(xiàn)的同頻同時全雙工實驗，測試出來的天線隔離度達到60dB。如果下一步系統(tǒng)能穩(wěn)定在63dB之上，就可以進行實驗樣機搭建。本項目的成果——高隔離度天線對，也可以被用來設(shè)計完全獨立于空口協(xié)議的中繼系統(tǒng)，實現(xiàn)低成本、高性能的室內(nèi)信號分布系統(tǒng)。

　　盡管此次雙方研討的一些技術(shù)還略顯淺顯，但是透過與會專家討論的觀點不難看出我國5G研究已經(jīng)邁出堅實的一步，下一代移動通信技術(shù)正在取得實質(zhì)性的突破，移動通信領(lǐng)域一場新的革命正在悄悄展開。

來源：人民郵電報

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