中興通訊：空分復用是實(shí)現5G的關(guān)鍵

　　頻譜是無(wú)線(xiàn)通信最為寶貴的資源，無(wú)線(xiàn)技術(shù)發(fā)展至今，頻譜利用率已經(jīng)遇到技術(shù)瓶頸。面對流量飛速增長(cháng)的現狀，頻譜利用率緊張成為亟待解決的難題。

　　形象的講，通信技術(shù)的升級換代本質(zhì)上類(lèi)似于要提升高速公路(即通信管道)的流量--即單位時(shí)間內通過(guò)更多的車(chē)輛(數據),想要做到這一點(diǎn)有幾種方法:一是對高速公路進(jìn)行擴建,例如將兩車(chē)道的高速擴建成八車(chē)道,或是將原來(lái)兩車(chē)道的高速公路修建成上下兩層的立體車(chē)道。將這個(gè)例子對應到通信領(lǐng)域,擴建就相當于重新部署新設備、鋪設新網(wǎng)絡(luò ),成本極高。二是修改汽車(chē),讓汽車(chē)變小,或是將汽車(chē)的最高時(shí)速提高,從而讓單位時(shí)間內能夠通過(guò)更多的汽車(chē)。對應到通信領(lǐng)域,該辦法對應的是修改手機終端,讓手機能夠接受更多的數據。但由于現有的手機終端的基本架構已經(jīng)成型,很難去大改,因此這種方案也不可行。與此同時(shí)，一步手機賣(mài)出去需要使用多年，且5G標準與配套的手機芯片都還沒(méi)有面世，這種辦法也不可行。

　　在這種情況下，中興通訊率先推出了空分復用技術(shù)--也就是在不擴建高速公路(通信網(wǎng)絡(luò )),也不修改汽車(chē)(移動(dòng)終端)的情況下提升流量。

　　空分復用技術(shù)是唯一能夠實(shí)現頻譜效率數倍提升的技術(shù)

　　為了解決頻譜問(wèn)題，業(yè)界普遍的看法是，提升頻譜效率是關(guān)鍵：也就是挖潛，看看有什么樣的技術(shù)能夠使頻譜效率進(jìn)一步提升。由于3G、4G通信系統已經(jīng)工作于噪聲極限和單鏈路香農極限，理論上不存在大幅提升的可能性。3G的碼分多址技術(shù)，也能夠實(shí)現“同時(shí)、同頻、同空間”的多路通信，但是碼分多址采用正交碼區分用戶(hù)，多個(gè)正交碼之間形成一個(gè)自干擾系統，這樣為了滿(mǎn)足正交條件，所有用戶(hù)都必須降低傳輸速率，理論上如果N個(gè)用戶(hù)同時(shí)通信，則每個(gè)用戶(hù)最多用1/N的速率通信，因此碼分多址不能提升極限頻譜效率，其理論極限與時(shí)分復用是一樣的。而空分復用在多個(gè)用戶(hù)同時(shí)通信的情況下，各個(gè)用戶(hù)不需要降低速率，這樣就成倍提升了頻譜效率。

　　空分復用SDMA(Space Division Multiple Access)技術(shù),即通過(guò)自適應天線(xiàn)陣列將空間分割,在不同的方向上形成不同的波束,每個(gè)波束可提供一個(gè)無(wú)其他用戶(hù)干擾的唯一信道,進(jìn)而讓同一頻段在不同的空間內得以重復利用。這就像是在高速公路上看到其他的車(chē)，他在跑我也在跑，并且我們還在同一條車(chē)道上，但是對方就像空氣一樣，互不影響。

　　“空分復用技術(shù)是唯一能夠實(shí)現頻譜效率數倍提升的技術(shù)。因為它可以使系統在同一時(shí)間、同一頻段、同一宏觀(guān)物理空間上進(jìn)行多路通信而且互不干擾，讓有限的頻譜資源得到最大化的利用。”中興通訊首席科學(xué)家向際鷹博士表示。“空分復用SDMA(Space Division Multiple Access)技術(shù),即通過(guò)自適應天線(xiàn)陣列將空間分割,在不同的方向上形成不同的波束,每個(gè)波束可提供一個(gè)無(wú)其他用戶(hù)干擾的唯一信道,進(jìn)而讓同一頻段在不同的空間內得以重復利用。這就像是在高速公路上看到其他的車(chē)，并且很多車(chē)在同一條車(chē)道上，但是對方就像空氣一樣，互不影響。也就是在不擴建高速公路(通信網(wǎng)絡(luò )),也不修改汽車(chē)(移動(dòng)終端)的情況下提升流量。”

　　目前，空分復用技術(shù)已經(jīng)成為被業(yè)界廣泛認可的一種趨勢。

　　2013年，中興通訊開(kāi)始研究空分復用技術(shù)，是最早從事空分復用技術(shù)研發(fā)的公司。如今，中興通訊成功將該技術(shù)應用到TDD和FDD網(wǎng)絡(luò )中，并且逐漸將自己的先發(fā)優(yōu)勢發(fā)展成了全面優(yōu)勢。

　　中興的5G技術(shù)：從率先起步到解決業(yè)界難題

　　按照國際通信組織與政府機構的規劃，5G通信技術(shù)將在2020年左右正式實(shí)現商用。而現實(shí)中一個(gè)尷尬的問(wèn)題則在于許多地區的4G網(wǎng)絡(luò )還正在鋪設之中，到了2020年，很多地區可能剛剛將4G網(wǎng)絡(luò )鋪設完畢。這就為通訊設備商們提出了新的挑戰。

　　5G網(wǎng)絡(luò )建設并不是一蹴而就，面對流量飛速增長(cháng)的現狀，運營(yíng)商不會(huì )坐等，而是不斷對現網(wǎng)升級，讓網(wǎng)絡(luò )逐漸演進(jìn)。

　　Massive MIMO作為空分復用技術(shù)的一種,被中興通訊率先引入到Pre5G和5G的關(guān)鍵技術(shù)中來(lái)。 利用在空分技術(shù)方面的領(lǐng)先優(yōu)勢,中興通訊相繼研發(fā)了TDD Massive MIMO和FDD Massive MIMO,并努力推動(dòng)商用。

　　2014年6月，中興通訊在全球首家提出Pre5G創(chuàng )新理念。Pre5G的特點(diǎn)在于，通過(guò)對基站側的大量?jì)?yōu)化，用戶(hù)無(wú)需更換終端即可提前享受到準5G的使用體驗，提升了運營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò )競爭力;對運營(yíng)商來(lái)說(shuō)，Pre5G在基站側完全可以平滑升級到5G，不會(huì )浪費投資。

　　2015年，基于TDD的Pre5G Massive MIMO完成產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和外場(chǎng)測試，推出的商用產(chǎn)品也被多家知名運營(yíng)商選擇，開(kāi)始商用測試和部署。最早商用該方案的軟銀CEO孫正義在今年2月舉行的GTI大會(huì )上表示： “選擇TD-LTE使我們大獲成功“，并指出Massive MIMO是TD-LTE向5G演進(jìn)的重要內涵。

　　2016年2月，在巴塞羅那舉行的MWC 2016世界移動(dòng)通信大會(huì )上，中興通訊的Pre5G Massive MIMO榮獲“最佳移動(dòng)技術(shù)突破”以及“CTO之選”雙料大獎。5G核心技術(shù)獲得這些獎項，在GSMA頒獎歷史上還是第一次，這也使得大批FDD LTE運營(yíng)商對FDD制式Massive MIMO翹首以盼。

　　將Massive MIMO成功引入FDD，是一項重大的突破

　　全球約85%的運營(yíng)商移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )都是FDD制式，但FDD做多天線(xiàn)空分面臨巨大的困難。對于FDD-LTE制式來(lái)說(shuō)，由于上下行采用不同頻譜，信道不具備互易性，也就是說(shuō)，在上行看到的信號變化，和下行看到的不一致，主要是上下行相位有一個(gè)隨機變化。因此傳統觀(guān)點(diǎn)認為FDD必須用手機主動(dòng)測量基站的下行信號，再通過(guò)消息匯報給基站，基站才能做閉環(huán)的MIMO。

　　而Massive MIMO基站有幾十根天線(xiàn)，那么基站將這么多天線(xiàn)信息告知手機，手機再測量后上報，按現在4G的機制，已經(jīng)需要占據100%以上的資源了，所以對于FDD，如何引入massive MIMO成為核心挑戰之一。

　　基于在TDD Massive MIMO上的深厚積累，中興通訊經(jīng)過(guò)一年的努力，攻克大量技術(shù)難關(guān)。中興通訊創(chuàng )新研發(fā)出基于FDD制式的專(zhuān)利信道算法，依托自研基帶處理芯片強大的處理能力，通過(guò)軟件算法的突破與硬件能力的提升，成功實(shí)現了Massive MIMO技術(shù)在FDD-LTE網(wǎng)絡(luò )中的應用，流量提升幾倍且無(wú)需更換終端 ，為全球數百家FDD運營(yíng)商構筑了一條通向5G的坦途，為現有4G網(wǎng)絡(luò )提供了新的演進(jìn)路徑和發(fā)展空間，其價(jià)值與意義難以估量。

　　真正構建4G通往5G的橋梁

　　5G盡管還沒(méi)有確定最終標準，大致方向已定，高低頻組合和逐步商用的方式得到業(yè)界普遍認可。低頻段只能用空分復用技術(shù)提升頻譜效率，高頻段的覆蓋范圍小，也要利用空分復用技術(shù)提升覆蓋，這實(shí)際上用的是一種空分復用的退化版本。所以對5G來(lái)說(shuō)，無(wú)論是低頻還是高頻，都極大依賴(lài)于空分復用技術(shù)。

　　截止目前，Pre5G已經(jīng)在全球40余個(gè)國家部署了超過(guò)60個(gè)網(wǎng)絡(luò )，包括日本軟銀SoftBank、西班牙電信Telefonica、和記電信Hutchison、VEON、Telenor、Singtel等全球頂級跨國運營(yíng)商及國內三大運營(yíng)商。

　　中興通訊Massive MIMO等5G關(guān)鍵技術(shù)在現有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )類(lèi)5G場(chǎng)景中的提前應用，領(lǐng)先業(yè)界獲取了大量實(shí)際網(wǎng)絡(luò )場(chǎng)景中的商用經(jīng)驗和實(shí)測數據，可以提前解決商用過(guò)程中遇到的技術(shù)和應用問(wèn)題，極大地加速5G核心技術(shù)的成熟和完善，有效縮短產(chǎn)品驗證和規模商用的周期。在此過(guò)程中，中興通訊已申請了幾百個(gè)技術(shù)專(zhuān)利，同時(shí)也結合實(shí)際場(chǎng)景中的大量數據，為標準組織貢獻了許多更具價(jià)值的提案。Pre5G一方面使4G網(wǎng)絡(luò )受益、現有用戶(hù)受益，另一方面為未來(lái)5G提供商用參考，從而真正構建4G通往5G的橋梁。中興通訊基于Pre5G Massive MIMO技術(shù)規模商用帶來(lái)的先發(fā)優(yōu)勢，將在5G上保持有利地位。