5G發(fā)展小基站的重要性提升 大小基站共存成為關(guān)鍵

　　短訊框期間/動(dòng)態(tài)TDD 降低無(wú)線(xiàn)電介面延遲

　　4G/LTE的延遲表現優(yōu)于3G，但仍然不如有線(xiàn)網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò )的成效。降低無(wú)線(xiàn)電介面延遲的方法之一，就是采用具備短訊框期間(Short Frame Duration)和可調整訊框結構的動(dòng)態(tài)TDD，動(dòng)態(tài)TDD涵蓋網(wǎng)絡(luò )中不同的基地臺，并根據基地臺的流量負載，使用不同的上鏈到下鏈TDD分割(Split)。若是預期在6GHz以上頻段的5G超密度網(wǎng)絡(luò )，動(dòng)態(tài)TDD會(huì )是主要的運作模式。而動(dòng)態(tài)TDD之所以適用于5G小基站，是因它能將全部的頻譜分配指派給任何最需要的鏈路方向(Link Direction)，同時(shí)，TDD收發(fā)器的建置也比分頻多工(FDD)收發(fā)器更容易更便宜。

　　在調整下行(DL)/上行(UL)分配會(huì )有部分限制的情況下，LTE-Advanced已經(jīng)導入動(dòng)態(tài)TDD，不過(guò)，TDD LTE-A的實(shí)體訊框結構會(huì )限制其空中介面延遲，在一個(gè)10毫秒(ms)的無(wú)線(xiàn)訊框中可以有高達兩個(gè)上鏈/下鏈交換點(diǎn)，這等于是對空中介面延遲設定硬限制(Hard Limit)，顯然，這將無(wú)法達到5G無(wú)線(xiàn)電層的延遲目標。LTE-A的演進(jìn)版本受限于其漸進(jìn)式的技術(shù)演進(jìn)，無(wú)法大幅降低延遲，例如基于向后相容的問(wèn)題，無(wú)法改變參數(Numerology)和訊框結構設計來(lái)縮減延遲，因此，我們需要新的5G空中介面以取得所需要的實(shí)體層(Physical Layer)延遲。

　　一個(gè)好的訊框架構應該不能有任何交換點(diǎn)限制，使任何時(shí)槽(Slot)都可以是上鏈或下鏈，而且還提供直接的裝置對裝置鏈路或自我后置回路(Self-Backhauling)功能。圖1說(shuō)明提供這種彈性的訊框結構。

　　彈性TDD的時(shí)槽結構

　　一個(gè)5G彈性TDD傳送時(shí)間間隔(Transmission Time Interval， TTI)的訊框長(cháng)度應該會(huì )大幅縮短，約是LTE的十分之一，由于達到1毫秒的總延遲目標，因此能滿(mǎn)足汽車(chē)安全、觸控式網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò )(Tactile Internet)或即時(shí)控制等新使用案例的需求。

　　空中介面/系統架構翻新5G網(wǎng)絡(luò )節能效率再推升

　　針對5G所開(kāi)發(fā)的空中介面和系統解決方案，其使用的裝置不但必須非常節能，也必須具備數年免充電的運作能力，以支援低成本、大范圍覆蓋的物聯(lián)網(wǎng)(IoT)應用。設計5G無(wú)線(xiàn)電系統時(shí)必須考量這些需求，而動(dòng)態(tài)TDD技術(shù)能為5G系統帶來(lái)這方面的助益，尤其是它能提升休眠周期的效率，進(jìn)而優(yōu)化5G裝置的電池耗用。

　　除了提升裝置的節能效率，5G也將會(huì )是第一個(gè)針對基礎設施能源效率而設計的無(wú)線(xiàn)電系統，這在降低環(huán)境影響方面特別重要。另外，5G系統也提供經(jīng)濟規模上的效益，毋須大幅減少每位元傳輸(Per Bit Delivered)所需的能源，就能傳送愈來(lái)愈龐大的空中流量，而且，在超密度網(wǎng)絡(luò )系統中，每個(gè)基地臺的消耗功率，會(huì )比現在大范圍覆蓋的大型基地臺減少許多。

　　由于超密度網(wǎng)絡(luò )中小基站使用的傳輸功率(Transmit Power)更低，因此每個(gè)基地臺的功耗自然低于大范圍覆蓋的基地臺，例如現代超微型基地臺(Pico Cell)僅耗用幾瓦或數十瓦功率，而大型基地臺則耗用數百瓦，當然，它也能為更廣大的地理區域、上百到上千倍的用戶(hù)提供服務(wù)。

　　未來(lái)超密度網(wǎng)絡(luò )上，5G在任何指定時(shí)間所須支援的平均用戶(hù)人數會(huì )更少，但未來(lái)的用戶(hù)將使用多種傳輸需求不同的服務(wù)和應用程式，使得網(wǎng)絡(luò )必須靈活適應每個(gè)基地臺的傳輸條件。小基站或提供6GHz以上頻段的網(wǎng)絡(luò )要達成這個(gè)調適目標，必須具備以下特性，傳輸時(shí)間間隔更短且具備低消耗(Low-Overhead)訊框架構的動(dòng)態(tài)TDD技術(shù)、含相位陣列(Phased Array)的大規模MIMO/波束成型技術(shù)、以及直接的裝置對裝置鏈路。

　　要提高資源利用的效率和能源效率，必須整合小基站頻率層和大范圍覆蓋層(Wide Area Layer)，或在數個(gè)小基站頻率層環(huán)境中，執行小基站層之間的整合及與大范圍覆蓋層的整合。試想一個(gè)網(wǎng)絡(luò )環(huán)境，包括一個(gè)使用數10MHz頻寬、頻率在6GHz以下的大范圍覆蓋層，厘米波頻率為100M-200MHz頻寬的微蜂巢容量層，以及毫米波頻率為1G-2GHz頻寬的室內容量層，這種網(wǎng)絡(luò )最簡(jiǎn)單的設計方式，是依照可覆蓋范圍和所須使用的服務(wù)，一次連結一個(gè)網(wǎng)絡(luò )層;但在某些情況，如需要超可靠性、始終不變的延遲特性時(shí)，單純的一次連結一個(gè)網(wǎng)絡(luò )層已無(wú)法滿(mǎn)足需求，此時(shí)必須緊密整合各個(gè)網(wǎng)絡(luò )層才能提升系統的效能。

　　底層的大范圍覆蓋層可做為協(xié)調(Coordination)層，只要將裝置的連結向下導引，協(xié)調小基站內不同基地臺的排程，就能充分利用資源，此外，大范圍覆蓋層也可做為訊號連結(Signaling Connection)層，負責維持控制層面的連結，并將使用者層面交遞給小基站。由于這種架構的裝置在大區域里有固定的錨點(diǎn)(Anchor Point)，行動(dòng)事件(Mobility Event)的次數也大幅減少，因此能提升架構的行動(dòng)性和可靠性。

　　多層式5G網(wǎng)絡(luò )示意圖

　　高密度小基站系統設計將成5G網(wǎng)絡(luò )要件 高密度小基站系統設計將成5G網(wǎng)絡(luò )要件

　　5G將會(huì )是一個(gè)包含不同技術(shù)、超快速、超彈性的通訊網(wǎng)絡(luò )，對終端使用者來(lái)說(shuō)它是無(wú)感覺(jué)的，但對營(yíng)運商來(lái)說(shuō)是一個(gè)容易管理的網(wǎng)絡(luò )。此外，5G必須解決未來(lái)大量增加的資料流量，也必須滿(mǎn)足新世代裝置的容量、資料速率和延遲性要求。

　　為達到5G的容量和資料速率要求，除了要有新的頻段，也需要大量的高密度小基站，超密度小基站將會(huì )是5G網(wǎng)絡(luò )的關(guān)鍵要件，且部署這些小基站的頻率范圍也很廣，其頻段范圍可從2G-100GHz，因此小基站的系統設計要有彈性。厘米波和毫米波層都支援一套共同的特性如動(dòng)態(tài)TDD、大規模MIMO/波束成型技術(shù)、裝置對裝置通訊、低消耗且訊框規模更小的訊框結構，各網(wǎng)絡(luò )層之間的差異處則顯現在所使用的中頻寬或高頻寬、MIMO/波束成型技術(shù)的實(shí)施體系(Scheme)、以及協(xié)調和降低干擾的方案。

　　同時(shí)，為支援各式各樣的服務(wù)和需求，系統的設計也必須是彈性的。例如，為支援車(chē)輛對車(chē)輛通訊，網(wǎng)絡(luò )必須支援超高可靠性的關(guān)鍵通訊功能，對于低成本的物聯(lián)網(wǎng)應用，如濕度感測器傳回的濕度報告，就只需要低可靠性的通訊;而高資料速率的機器對機器應用，可由厘米波或毫米波系統支援，但低成本的物聯(lián)網(wǎng)應用只需要低功率的大范圍覆蓋網(wǎng)絡(luò )。因此研究人員選擇5G的技術(shù)元件時(shí)，必須仔細考量能源效率，以及基礎設施的成本和終端使用者的設備。

　　最后一項挑戰則是將各式各樣支援5G使用案例的解決方案，以及多種網(wǎng)絡(luò )層，藉由統一的網(wǎng)絡(luò )運作控制功能，整合成統一且一致的使用者體驗，不同的5G網(wǎng)絡(luò )層，將與其他既有無(wú)線(xiàn)技術(shù)及其演進(jìn)技術(shù)，整合成一個(gè)系統，所有這些無(wú)線(xiàn)存取層將互相緊密合作，確保使用者享有最好的服務(wù)體驗。

　　5G的服務(wù)體驗與解決方案