close
当前位置: 物联网在线 > 新闻 >

五个无线发明,定义5G NR - 全球5G标准

我看到了无线技术的许多变化和惊人的创新,但是与5G现在发生的根本性转变没有什么可比性。在过去几年中,我一直领导高通研究项目,设计一个统一的5G无线空中接口,将大大扩展移动网络和设备的能力,效率和实用性。
3GPP标准化工作自2016年3月以来一直在为这个统一的,功能更强大的无线空中接口(5G新无线电(5G NR))制定全球规范。本周,在葡萄牙里斯本举行的3GPP RAN全体会议上, 3GPP将成功完成第一个5G NR规范 - 这是使5G NR在2019年成为商业现实的一个重要的行业里程碑。这个第一个5G NR规范不仅支持2019年的增强型移动宽带部署,而且还为5G网络拓展到虚拟每一个行业,每一个对象,每一个连接。
那么,什么无线技术定义了这第一个5G NR规格?
5G NR必须满足不断扩大的和完全不同的连接需求和部署类型。5G NR还需要从广泛的可用频谱管理范例和频带中获得最大的频谱利用 - 从1 GHz以下的低频到1 GHz到10 GHz的中频,到24 GHz以上的高频宽带称为毫米波(mmWave)。因此,没有一个单一的技术组件定义5G NR。相反,5G NR将由多项技术发明构建而成。
在高通,我们多年来一直在开发这些5G构建模块 - 发明新的5G技术,推动并经常重新定义无线的边界。我在高通研究部门工作中最有意义的一个方面就是看到我们先进的系统设计和无线技术从理论到设计,标准化,实施以及最终商业化。而现在,随着第一个5G NR规范即将完成,我们看到了我们的无线技术发明(如下图1所示),使5G NR和我们的5G愿景成为现实。
图1:定义5G NR的五个无线发明

发明#1:具有子载波间隔2 n比例的可伸缩OFDM数字学

5G NR设计的最重要的决定之一是无线电波形和多址技术的选择。尽管许多方法已经被评估并将继续存在,但我们通过广泛的研究(在2015年11月的高通研究报告中发表)发现OFDM系列 - 特别是CP-OFDM 1和DFT-Spread(DFT-S)OFDM 2是5G增强型移动宽带(eMBB)及其以后的正确选择。
由于今天使用了OFDM,所以您可能会问什么是进一步的创新?一个关键的5G NR创新是可扩展的OFDM多音命理(图2)。目前,LTE支持高达20 MHz的载波带宽,在OFDM音调(通常称为副载波)之间,通常采用固定的15 kHz间隔的OFDM数字学。对于5G NR,我们引入了可扩展的OFDM命理,以支持多种频段/类型和部署模型。例如,5G NR必须能够以具有更宽信道宽度(例如,100s MHz)的毫米波波段进行操作。3GPP 5G NR Rel-15规范将利用可扩展的OFDM数字学,具有可随信道宽度缩放的子载波间隔的2 N个缩放,所以FFT尺寸缩放,使得处理复杂性不会在更宽的带宽上不必要地增加。
图2:可伸缩的OFDM多音调数字学

发明#2:灵活的独立插槽结构

5G NR设计的另一个关键组成部分是灵活的基于时隙的框架,可以使网络运营商在相同的频率上高效地复用预想的(不可预见的)5G业务。提供这种灵活框架的关键技术发明是5G NR自包含插槽结构。采用全新的自包含时隙结构(请参见下面图3中的TDD示例),每个5G NR传输都是一种模块化事务,能够独立解码时隙并避免时隙之间的静态时序关系。通过在时间和频率上限制传输,灵活的设计简化了未来添加新的5G NR功能/服务 - 提供比前几代更前向兼容的设计。
由于支持快速的UL / DL周转和可扩展的时隙持续时间(例如,在30 kHz音调间隔为500μs,在120 kHz音调间隔为125μs),5G NR自包含插槽结构的延迟时间也明显低于LTE。该时隙结构框架包括UL / DL调度,数据和确认发生在相同时隙中的机会。除了更低的延迟之外,这种模块化的插槽结构设计可实现更多的自适应TDD UL / DL配置,基于高级互惠的天线技术(例如,基于快速上行链路探测的下行链路Massive MIMO转向)以及通过添加子帧报头,用于共享/非授权频谱的争用解决报头) - 使得作为3GPP 5G NR规范的一部分的本发明成为满足许多5G NR要求的关键促成因素。
图3:5G NR TDD独立插槽结构的优点

发明#3:高级ME-LDPC和CA-Polar信道编码

除了5G NR业务的可扩展命理和灵活框架之外,物理层设计还应包含高效的信道编码方案,可提供强大的性能和灵活性。尽管Turbo码已经非常适用于3G和4G,但是高通研究公司已经证明,Qualcomm Technologies率先推出的低密度奇偶校验(LDPC)码和特别先进的多边码LDPC(ME-LDPC)码在复杂性以及如图4所示的缩放到非常高的吞吐量和更大的块长度时的实现观点。结果,3GPP 5G NR Rel-15规范将利用ME-LDPC作为eMBB数据信道的编码方案。
另外,3GPP选择Polar信道编码作为eMBB控制信道的编码方案。CRC-Aided Polar(CA-Polar)信道编码的性能收益,Qualcomm Technologies的重大设计贡献使其在许多5G NR控制用例中得到采用。
图4:先进的ME-LDPC码的吞吐量缩放

发明#4:大规模MIMO

我们的5G设计也在推进MIMO天线技术。通过智能地使用更多的天线,可以提高网络容量和覆盖范围。也就是说,更多空间数据流可以显着提高频谱效率(例如,多用户大规模MIMO),允许每赫兹发送更多比特,并且智能波束成形技术可以通过将RF能量聚焦在特定方向上来扩展基站的范围下行链路,并类似地使基站接收机能够在上行链路上以较少的噪声和干扰捕获来自特定方向的能量。
5G NR大规模MIMO技术将利用基站二维天线阵列进行三维波束形成,以利用中频谱的较高频段。准确和及时的渠道知识对于实现这种3D波束成形的全部好处是至关重要的。我们针对快速互易性TDD Massive MIMO(作为5G NR规范的一部分)的优化设计将利用自包含的时隙结构和增强的参考信号来支持更快,更准确的信道反馈。我们的测试结果表明,有可能重用现有的宏蜂窝基站(例如2 GHz),用于在3GHz和5GHz之间的中频段运行的新的5G NR部署。
图5:5G NR大规模MIMO仿真

发明#5:移动毫米波

我们的5G NR设计不仅可以在中频段频谱中使用更高频率的宏/小小区部署,而且还将为24 GHz以上的频段带来新的移动宽带的mmWave机会。这些高频率下可用的丰富频谱支持极端的数据速度和容量,将重塑移动体验。然而,增加的传播损耗,易受阻塞(例如,手,头部,身体,叶子,建筑物穿透)以及RFIC复杂性和功率效率历来使得这些高频带对于移动通信而言不可行。那就是,直到现在。5G NR毫米波正在改变这种状况,而高通正在引领这一潮流。
我们多年来一直致力于将毫米波频段应用于移动宽带通信系统所需的关键设计元素 - 向我们自己和业界证明什么是可行的。正如我们今年早些时候在移动通信世界大会上所展示的,我们的Qualcomm Research 5G毫米波原型系统(下图6)正在利用基站和设备中的大量天线元件,以及智能/快速波束成形和波束追踪算法,以展示即使对于非视距通信和设备移动性的持续宽带通信。尽管还有工作要做,但我们有信心能在移动行业实现这个下一个重要的时刻,使5G NR毫米波在2019年成为商业现实 移动网络和移动设备,包括智能手机。
图6:运行在28 GHz的Qualcomm Research 5G mmWave原型系统

而这只是一个开始...

3GPP Release-15 5G NR规范将为增强移动宽带及更高层次奠定基础,但是5G技术路线图才刚刚起步。我们已经开始研究许多新的技术发明,将推动5G NR网络和设备的未来发展和扩张。5G NR Cellular-V2X(C-V2X)带来了新的技术,如5G NR频谱共享,以解锁更多频谱并支持新的部署类型,5G NR超可靠的低延迟通信(URLLC)以支持新的关键任务服务自动驾驶新功能,5G NR综合接入和回程(IAB)以减少回程成本,实现更高效的网络密度,以及5G NR大规模物联网(mIoT),以解决低功耗,大范围的物联网问题。


(责任编辑:ioter)

用户喜欢...

探讨构建5G的五项关键技术

业界广泛认为,5G移动通讯网络直到2020或2021年才会提供,甚至即使到那时也不会是广泛提供。但是,随着移动数据流量持续增长(过去5年成长了18倍),因此可以预计5G将比以往更快地到来。思...


厉害了!3D打印、5G加持的智能绷带实时监控伤口情况

来自威尔士斯望西大学(Swansea University)的科学家们发明了一种3D打印的智能绷带,融合了先进的传感器和5G技术,能...


万物联网潜藏风险 5G/IOT安全议题受瞩目

近来物联网的安全防护问题备受质疑,再加上5G通讯技术的发展日趋成熟,而且万物联网、数据上云端,使得黑客能够攻击的面向大幅增加。便利使用及安全防护是否能够两者兼得呢?将有赖...


万物联网潜藏风险 5G/IOT安全议题受瞩目

近来物联网的安全防护问题备受质疑,再加上5G通讯技术的发展日趋成熟,而且万物联网、数据上云端,使得黑客能够...


英特尔发布商用5G新空口调制解调器系列产品

特尔今天宣布其无线产品路线图取得重大进展,以加快5G的普及。其中的亮点包括:推出英特尔首个支持5G新空口(...


5G时代最“有感”应用,车联网进入黄金发展期

迎接5G时代,最让人“有感”的应用,将体现在车联网上,各家大厂将着手布建大规模测试网,而以全球车联网市场来...


MathWorks推出用于新型3GPP无线电技术开发的5G库

MathWorks公司今日推出了用于支持无线设计开发的5G库,为即将于2018年3月发布的初版3GPP 5G标准规范做好准备。该5G库提...


高通将竭力抵御博通收购 博通同时备有两种策略

据国外媒体报道,半导体巨头博通公司(Broadcom)将在收购高通(Qualcomm)的尝试中遭遇不少曲折,后者会竭力抵御博...


5G网络的最大风险

第5代(5G)网络拥有将科技融入到人们生活与企业环境中的潜力,这项革命性技术能提供500亿个智能设备所需的带宽,引领我们迈向所有具备运算能力的物品都能连网的崭新世界。但这样的颠...


5G对射频前端产业产生了哪些影响

如今,5G不仅仅是一个梦想,其已经成为一个热门话题。每家电信运营商、基站(Base Station)制造商、小型基站(Sm...