5G為何這么快？得從這五大發(fā)明說(shuō)起

從 2G、3G 到 4G，無(wú)線技術(shù)領(lǐng)域有著許許多多令人驚嘆的創(chuàng)新，讓我們現(xiàn)在擁有越來(lái)越快的網(wǎng)速，越來(lái)越多的應(yīng)用。

5G 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)

將給我們的世界帶來(lái)翻天覆地的變化

智慧城市全城熱聯(lián)

自動(dòng)駕駛夢(mèng)想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)

無(wú)人機(jī)應(yīng)用出新招

虛擬現(xiàn)實(shí) （ VR ） 換個(gè)方式打開(kāi)世界

為了早日實(shí)現(xiàn)5G，Qualcomm 積極致力于 5G 設(shè)計(jì)，以促進(jìn)并加快其發(fā)展。想要真正讓 5G NR 和 5G 愿景變成現(xiàn)實(shí)，就不得不說(shuō)五大關(guān)鍵無(wú)線發(fā)明。

下面就讓 Qualcomm 的 John E. Smee 博士為你介紹一下這五大發(fā)明：

發(fā)明1

實(shí)現(xiàn)2n子載波間隔擴(kuò)展的可擴(kuò)展OFDM參數(shù)配置

5G NR 設(shè)計(jì)中最重要的決定之一是選擇無(wú)線電波形和多址接入技術(shù)。在已經(jīng)評(píng)估并且將繼續(xù)評(píng)估多種方式的同時(shí)，Qualcomm 通過(guò)廣泛研究（一年前在 Qualcomm Research 報(bào)告中發(fā)布）發(fā)現(xiàn)，正交頻分復(fù)用 （OFDM） 體系 —— 具體來(lái)說(shuō)包括循環(huán)前綴正交頻分復(fù)用 （CP-OFDM）1 和離散傅里葉變換擴(kuò)頻正交頻分復(fù)用 （DFT-S OFDM）2 ——是面向增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶 （eMBB） 和更多其他場(chǎng)景的正確選擇。

可擴(kuò)展OFDM參數(shù)配置

由于 LTE 在下行鏈路中使用 OFDM 并且在上行鏈路中使用 DFT-S OFDM，我們的研究表明，上行鏈路支持 DFT-S-OFDM 和 CP OFDM 具有優(yōu)勢(shì)，基于場(chǎng)景自適應(yīng)切換對(duì)于 DFT-S OFDM 的鏈路預(yù)算和 MIMO 空間復(fù)用都有好處。最近 3GPP NR 第 14 版研究項(xiàng)目同意在 eMBB 下行鏈路中支持 CP-OFDM 并且針對(duì) eMBB 上行鏈路 DFT-S-OFDM 與 CP-OFDM 形成互補(bǔ)。

既然今天已經(jīng)在使用 OFDM，那你或許會(huì)問(wèn)“進(jìn)一步創(chuàng)新路在何方？”

答案是可擴(kuò)展的 OFDM 復(fù)頻參數(shù)配置。

今天，通過(guò) OFDM 音調(diào)（通常稱為子載波）之間的 15 kHz 間隔——這幾乎是固定的 OFDM 參數(shù)配置，LTE 支持最多 20 MHz 的載波帶寬。借助 5G NR，我們已推出可擴(kuò)展的 OFDM 參數(shù)配置，它能支持多種頻譜頻段/類(lèi)型和部署模式。例如，5G NR 必須能夠在有更大信道寬度（例如數(shù)百M(fèi)Hz）的毫米波頻段上工作。我們的設(shè)計(jì)引入能夠隨著信道寬度而擴(kuò)展的 OFDM 子載波間隔，當(dāng) FFT 為更大帶寬擴(kuò)展尺寸的時(shí)候，也不會(huì)增加處理的復(fù)雜性。

最近 3GPP 已在 5G NR 第 14 版研究項(xiàng)目中，選定了實(shí)現(xiàn)子載波間隔 2n 擴(kuò)展的可擴(kuò)展 OFDM 參數(shù)配置。

發(fā)明2

靈活、動(dòng)態(tài)、自給式TDD子幀設(shè)計(jì)

5G NR 設(shè)計(jì)的另一個(gè)關(guān)鍵組件是將支持網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商在相同頻率上高效復(fù)用構(gòu)想的（和無(wú)法預(yù)料的）5G 服務(wù)的靈活框架。

Qualcomm 針對(duì)該 5G NR 框架設(shè)計(jì)的關(guān)鍵組件是自給式集成子幀。通過(guò)在相同子幀（例如，以TDD下行鏈路為中心的子幀）內(nèi)包含數(shù)據(jù)傳輸和后解碼確認(rèn)來(lái)實(shí)現(xiàn)更低延遲。

有了 5G NR 自給式集成子幀，每個(gè)傳輸都是在一個(gè)時(shí)期內(nèi)完成的模塊化事物（例如，下行授權(quán) 》 下行數(shù)據(jù) 》 保護(hù)時(shí)間 》 上行確認(rèn)）。除更低延遲之外，該模塊化子幀設(shè)計(jì)支持前向兼容性、自適應(yīng) UL/DL 配置、先進(jìn)互易天線技術(shù)（例如，基于快速上行探測(cè)的下行大規(guī)模 MIMO 導(dǎo)向）以及通過(guò)增加子幀頭（例如，免授權(quán)頻譜的競(jìng)爭(zhēng)解決頭）支持的其他使用場(chǎng)景 — 讓該項(xiàng)發(fā)明成為滿足許多 5G NR 需求的關(guān)鍵技術(shù)。

自給式集成子幀設(shè)計(jì)（例如，TDD下行鏈路）

發(fā)明3

先進(jìn)、靈活的LDPC信道編碼

連同可擴(kuò)展參數(shù)配置和靈活的 5G NR 服務(wù)框架，物理層設(shè)計(jì)應(yīng)包括可提供穩(wěn)健性能和靈活性的高效信道編碼方案。盡管 Turbo 碼一直非常適合 3G 和 4G ，但 Qualcomm Research 已證明，從復(fù)雜性和實(shí)現(xiàn)角度來(lái)看，當(dāng)擴(kuò)展到極高吞吐量和更大塊長(zhǎng)度（block lengths）時(shí)，低密度奇偶校驗(yàn)碼 （LDPC） 具有優(yōu)勢(shì)。

此外，LDPC 編碼已被證明，對(duì)于需要一個(gè)高效混合 ARQ 體系的無(wú)線衰落信道來(lái)說(shuō)，它是理想的解決方案。因此，最近 3GPP 選定先進(jìn)的 LDPC 作為 eMBB 數(shù)據(jù)信道編碼方案。

靈活的LDPC碼支持吞吐量擴(kuò)展

發(fā)明4

先進(jìn)大規(guī)模MIMO天線技術(shù)

Qualcomm 的 5G 設(shè)計(jì)還促進(jìn) MIMO 天線技術(shù)發(fā)展。通過(guò)智能地使用更多天線，可以提升網(wǎng)絡(luò)容量和覆蓋面。即，更多空間數(shù)據(jù)流可以顯著提高頻譜效率（例如，借助多用戶大規(guī)模MIMO），支持每赫茲傳輸更多比特，并且智能波束成形和波束跟蹤可以通過(guò)在特定方向聚焦射頻能量來(lái)擴(kuò)展基站范圍。

Qualcomm 已展示 5G NR大規(guī)模 MIMO 技術(shù)將如何在具有3D波束成形能力的基站，利用 2D 天線陣列開(kāi)啟 6 GHz 以下頻譜的更高頻段。借助快速互易 TDD 大規(guī)模MIMO，測(cè)試結(jié)果顯示，面向在 3 GHz 至 5 GHz 頻段工作的 5G NR 新部署重用現(xiàn)有宏蜂窩基站是可行的。全新多用戶大規(guī)模 MIMO 設(shè)計(jì)的這些測(cè)試結(jié)果顯示，容量和小區(qū)邊緣用戶吞吐量顯著提升，這對(duì)提供更統(tǒng)一的 5G 移動(dòng)寬帶用戶體驗(yàn)很關(guān)鍵。

Qualcomm 的 5G 設(shè)計(jì)不僅面向宏/小型基站部署支持使用 3 至 6 GHz頻段的更高頻率，而且將面向移動(dòng)寬帶開(kāi)辟 24 GHz以上頻段毫米波新機(jī)會(huì)。在這些高頻上可用的充裕頻譜能夠提供將重塑數(shù)據(jù)體驗(yàn)的極致數(shù)據(jù)速度和容量。但是，動(dòng)用毫米波伴隨著一系列自身挑戰(zhàn)。在這些更高頻段上傳輸，遭遇高得多的路徑損失并且容易受阻擋。但正如通過(guò)廣泛測(cè)試Qualcomm Research 5G毫米波原型系統(tǒng)所證明的那樣，動(dòng)用毫米波頻段的創(chuàng)想不再遙不可及。

Qualcomm 正利用基站和終端中的大量天線單元以及智能波束成形和波束跟蹤算法展示持續(xù)寬帶通信，甚至包括非視距通信和終端移動(dòng)。Qualcomm 在該領(lǐng)域的早期研發(fā)已帶來(lái)首款 5G 調(diào)制解調(diào)器 — 將支持早期 5G 毫米波試驗(yàn)和部署的高通驍龍 X50 5G 調(diào)制解調(diào)器。

Qualcomm Research 5G毫米波原型系統(tǒng)在28 GHz工作

發(fā)明5

先進(jìn)頻譜共享技術(shù)

頻譜是移動(dòng)通信最重要的資源，獲得更多頻譜意味著網(wǎng)絡(luò)可以提供更高用戶吞吐量和容量。但是頻譜稀缺，Qualcomm 正在尋找充分利用現(xiàn)有資源的創(chuàng)新方式。Qualcomm 正在開(kāi)創(chuàng)頻譜共享技術(shù)，例如 LTE-U/LAA、LWA、LSA、CBRS 和 MulteFire。

5G NR設(shè)計(jì)為原生支持全部頻譜類(lèi)型，靈活地利用潛在頻譜共享新范式，因幀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)具有前向兼容性。這創(chuàng)造在 5G 中將頻譜共享提升到新水平的創(chuàng)新機(jī)會(huì)。這些創(chuàng)新將提供更多可用頻譜，但也通過(guò)支持可動(dòng)態(tài)適應(yīng)載荷工況的協(xié)作式分層共享機(jī)制提高總體利用率。為了讓其變成現(xiàn)實(shí)，最近 Qualcomm 發(fā)布 5G NR 頻譜共享原型系統(tǒng)，推動(dòng) 3GPP 標(biāo)準(zhǔn)化并支持影響深遠(yuǎn)的試驗(yàn)。

5G NR頻譜共享支持充分利用全部頻譜類(lèi)型

這五大關(guān)鍵發(fā)明僅僅是 Qualcomm 5G 設(shè)計(jì)一部分的幾項(xiàng)驚人發(fā)明。如果沒(méi)有合適的硬件、軟件和固件推動(dòng)，它們將只是紙上概念。Qualcomm 的 5G NR原型系統(tǒng)不僅用作公司 5G 設(shè)計(jì)的測(cè)試平臺(tái)，還是密切跟蹤 3GPP 標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)度的試驗(yàn)平臺(tái)，支持與領(lǐng)先移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商和基礎(chǔ)設(shè)施廠商開(kāi)展 5G NR 試驗(yàn)，例如 Qualcomm 最近宣布與 SK 電信和愛(ài)立信開(kāi)展試驗(yàn)。這些活動(dòng)對(duì)加快大規(guī)模5G商用網(wǎng)絡(luò)部署至關(guān)重要。