5G：一場更加緊迫的漸進式革命

　　當前，隨著我國4G網(wǎng)絡的規(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研究的目標之后，業(yè)界對于5G的熱情更是空前高漲。9月12日，當接到通知去參加一個未來移動通信技術的重要研討會后記者欣然前往。路上，當?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，到底是什么技術能吸引中國移動研究院無線技術首席科學家易芝玲博士團隊、中國工程院院士倪光南、清華大學寬帶通信重點實驗室主任王昭誠教授等國內頂級專家悉數(shù)到場？在泉州一家風景秀麗的產(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研發(fā)方向應該遵循‘小、大、超、高、有’五字原則！”光微電子公司首席科學家莊昆杰的一句話，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)新的微波射頻領域前沿技術研發(fā)，與面向無線通信市場領域的微波射頻產(chǎn)品開發(fā)與規(guī)模化制造，在射頻天線小型化及高隔離度方面有深厚積累。雙方在5G關鍵技術研究的目標上互相補充，在技術領域既有交叉又能形成互補。

　　易芝玲認為，雖說5G研究是一個遠期目標，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成果“反哺”現(xiàn)役網(wǎng)絡。我們如今研究探討的很多關鍵技術如面向超大規(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)絡與即將大規(guī)模建設的4G網(wǎng)絡中應用，改變現(xiàn)有網(wǎng)絡的物理部署形式，使得布網(wǎng)成本、信號覆蓋性能指標產(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標準的核心技術，也是通信系統(tǒng)不斷提高頻譜效率的基礎。未來業(yè)務的發(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。

　　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，采用了微帶線激勵微槽輻射器并在輕薄空間內形成多個不同頻率的駐波型空間電磁場，通過圓形薄片調節(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相比較，具有小型化、輕薄緊湊、受風面積小、重量輕、便于安裝等優(yōu)點。以此為基礎，完全可以構建超大規(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。

　　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”標語牌，完全就可以設計成超大規(guī)模陣列天線，特別是其中的那個“中”字結構簡單又對稱，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)在陣列天線設計方面的核心技術難題。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，長遠目標為在下一代系統(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，小基站被認為是未來網(wǎng)絡實現(xiàn)高容量熱點部署的核心解決方案。小型化、一體化、高能效的小基站設計是4G低成本大規(guī)模部署的必要條件。面向小基站應用的射頻一體化單元將幫助小基站無處不在。

　　易芝玲強調，誕生于1947年的蜂窩概念，貫穿了移動通信網(wǎng)絡的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，為了適應流量的不均勻分配現(xiàn)狀，無論是采用異構網(wǎng)還是采用多點協(xié)作技術，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，包括高隔離度收發(fā)天線，具有交叉耦合功能的空腔介質濾波器和具有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（轉發(fā)器）、無線中繼器和集成式微放器三種應用場景中進行現(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；D：2570~2620MHz室外）為基礎開始實驗，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技術有了解的人都明白，如果實現(xiàn)了同頻同時全雙工，那么之前多年來的頻分、時分的糾結將不復存在。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，未來移動通信技術要充分利用頻譜資源，這就要求在同頻同時全雙工（CCFD）等關鍵技術上取得突破。移動研究院致力于同頻同時全雙工技術系統(tǒng)研究和網(wǎng)絡應用研究，包括同頻同時全雙工的干擾消除技術、組網(wǎng)關鍵技術、幀結構設計以及全雙工系統(tǒng)的信令流程；其中，干擾消除技術中光微的天線射頻消除技術可與移動研究院相互補充。本項目目標高隔離度的天線設計實現(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、高性能的室內信號分布系統(tǒng)。

　　盡管此次雙方研討的一些技術還略顯淺顯，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正在取得實質性的突破，移動通信領域一場新的革命正在悄悄展開。

來源：人民郵電報

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