5G关键技术

1主要内容3DMIMONOMA全双工（FullDuplex）FBMC毫米波技术更扁平的网络架构总结22D3D-MIMO的演进趋势传统2D-MIMO80年代后，MIMO概念提出；1995年，MIMO理论容量；1997年，TD-SCDMA引入SA；1998年，STTC和STBC提出；1999年，WCDMAR99引入发射分集；2008年，LTER8引入多种MIMO技术。技术瓶颈只能挖掘水平面（2维）自由度小区干扰协调和抑制能力难以进一步提高降低小区干扰、提高系统性能部署灵活，可动态自适应各种部署场景发掘垂直方向（3维）自由度优越性3D-MIMO：8%25%113%196%0%50%100%150%200%250%下行系统平均下行边缘用户上行系统平均上行边缘用户下行，单用户，简单下倾角调整上行，2用户MU-MIMO基站结构形态的演进有源一体化天线技术逐步走向应用，主流厂商均已具备相应能力；国际上ALU、诺西、爱立信等公司分别发布了有源一体化的样机，已经实现了垂直波束赋形（基于载波的电调下倾角）功能。3D-MIMO的应用正在逐步具备硬件条件3D-MIMO的重要意义3D-MIMO是无线传输技术发展的又一里程碑，是应对数据业务爆炸性增长的有效手段之一，是3GPPR13标准化的重要方向之一。缺乏科学的标准信道模型，方案设计和性能评估受到制约,影响研究的开展复杂度提升对3D-MIMO算法设计和优化、硬件处理及系统实现架构带来挑战目前的研究停留在简单的基于载波的电调下倾角（准垂直波束赋形），对完全3D-MIMO的研究处于起步阶段实际应用面临的技术挑战基站阵列水平法线方向移动台阵列水平法线方向直射径散射体i直射径和第I条散射径AAS下行导频(CRS，CSI-RS，DMRS)和信令设计上行导频(SRS)和反馈设计(CQI，PMI，RI)1.3D信道建模2.天线设计3.反馈\传输方案4.干扰控制5.基站开发6.外场试验射频通道同步问题3D-MIMO信道测量和建模预编码设计信道估计小区间干扰协调分布式基带处理3D天线设计阵列天线校准基带上移小区间干扰协调适用多种基站形态3D-MIMO应用需要解决的问题3D-MIMO天线设计面临的挑战3D-MIMO系统的优势在于更高的空间自由度带来更大的系统容量，因此系统需要设计一种能进行二维波束扫描、实时波束重构的数字化阵列天线，并对相关的天线阵列参数进行优化，开发出天线阵列样机。需解决的问题垂直阵子间距确定和水平阵子间距确定垂直阵子数和水平阵子数比例具有宽带宽角特性的双极化辐射单元设计高定向性耦合器和高精度紧凑型校准网络设计天线系统性能测试平台双极化金属对称振子天线阵列设计矢量网络分析仪64端口校准网络12640天线校准网络测试天线阵列设计城区覆盖3D-MIMO典型应用场景3D-MIMO技术典型应用场景典型城市场景高楼场景室内场景RXRXRXTX高层覆盖室内覆盖其他场景？性能评估和产品架构设计产品架构说明优缺点分析架构1BBU＋AAS：AAS将RRU和天线集成到了一起，减少了馈线损耗优点：减少了馈线损耗缺点：CPRI接口带宽需求较大架构2BBU＋AAS（部分基带上移）：把部分基带处理功能上移至AAS，降低CPRI接口带宽需求优点：降低了CPRI接口带宽需求缺点：需要定义新接口架构3一体化站型：BBU、RRU、天线完全集成在一块，不再需要CPRI接口优点：不需要CPRI接口缺点：对散热等构成挑战7%10%38%12%41%73%0%20%40%60%80%宏站500mISD宏站200mISD微站200mISD平均增益边缘增益16%36%56%19%45%147%0%40%80%120%160%宏站500mISD宏站200mISD微站200mISD平均增益边缘增益@SU-MIMO@MU-MIMO-2UEDBFs0sK-1Transceiver0DUC/DACTransceiver31DUC/DACPAPAAntenna0.........Antenna1Antenna62Antenna63......DBFs0sK-1Transceiver0DUC/DACTransceiver31DUC/DACAntenna0.........Antenna1Antenna62Antenna63......ABFPAPAPAPADBFs0sK-1Transceiver0DUC/DACTransceiver63DUC/DACPAPAAntenna0Antenna63.........类型1DBFs0sK-1Transceiver0DUC/DACTransceiver31DUC/DACPAPAAntenna0.........Antenna1Antenna62Antenna63......ABF类型2-2类型2-3类型2-1类型2-4性能评估产品架构设计9CMCCconfidential10大唐的实验：64antenna3D-MIMO2014.1：64antenna3D-MIMOprototype2014.7：antennacalibrationinchamber2014.9：trialinCMRIheadquarter2014.12：Furthertesting3D-MIMOSite-180-160-140-120-100-80-60-40-20020406080100120140160180-42-40-38-36-34-32-30-28-26-24-22-20-18-16-14-12-10-8-6-4-2024681012141618202224262830Conclusion•Throughput：3D-MIMOobviouslyimprovethethroughputinhighrisebuilding•Coverage(RSRP)：3D-MIMOimprovesthecoverageinhigherfloor,butworseinlowerfloorsCMCCconfidential11Huawei的实验:128antennaThetestingisongoing,tobefinishedthismonth3DMIMO(128ants)Smartantennas(8ants,FAD)CMCCconfidential12ZTE的实验:128antennas•2.6GHz，20MHz•Txpower:40W/carrier•Sizeissimilarasthecurrent8antennas•BBU+AAS•Modulardesignforflexibleconfigurationfordifferentdeploymentscenarios主要内容3DMIMONOMA全双工（FullDuplex）FBMC毫米波技术密集网络更扁平的网络架构总结13NOMA的基本概念NOMA的容量公式NOMA的容量：OFDMA的容量：其中，是用户1分配的资源的单位比例NOMA的容量性能（1）NOMA的容量性能（2）FTPA:FractionalTransmissionPowerAllocation,系统在小区边缘和平均吞吐量的增益为30%。TTPA:TreesearchingbasedTransmissionPowerAllocation，系统在小区边缘和平均吞吐量的增益为35%NOMA与MIMO的结合-NOMA-IRCSIC用于消除波束之内的复用用户之间（NOMA用户之间）的干扰消除，比如使用同样的预编码码本的用户。IRC用于消除波束之间（使用不同的预编码码字之间的用户组）之间的干扰NOMA-IRC性能（1）NOMA-IRC的性能（2）NOMA需要考虑的问题（1）用户配对NOMA需要考虑的问题（3）用户分组配对的影响FTPA:FractionalTransmissionPowerAllocationFSPA:FullSearchingPowerAllocationFPA:Fixedper-groupPowerAllocation,NOMA需要考虑的问题（2）调度带宽的影响（与额外信令开销的折中）NOMA需要考虑的问题（2）SIC的实现NOMA需要考虑的问题（3）SIC的实现NOMA需要考虑的问题（4）误差传递的建模NOMA需要考虑的问题（5）误差传递对性能的影响NOMA需要考虑的问题（6）移动速度对性能的影响主要内容3DMIMONOMA全双工（FullDuplex）FBMC毫米波技术密集网络更扁平的网络架构总结29技术原理现有双工方式：TDD：使用不同的时隙发送上行/下行信号FDD：使用不同的频段发送上行/下行信号同时同频全双工（Co-Time-Co-FrequencyFullDuplex，CCFD）下行和上行采用统一频段，同时传输理论频谱效率提高1倍，相对传统TDD方式可降低业务时延。对接收信号而言，干扰信号是本地发送信号，因此是已知的，理论上可以消除掉技术原理——干扰消除①天线隔离②射频对消③基带对消评估方法技术原理方案评估干扰消除能力孤站可行性组网可行性硬件复杂度结论注：1.宏站发射功率43dBm/20M/天线，nanocell发射功率21dBm/20M/天线；计算按照单天线计算2.宏站的系统噪声系数按照5dB计算，nanocell的噪声系数按照13dB计算3.宏站灵敏度按照-103计算；nanocell的灵敏度按照-93.5计算干扰消除能力评估学校加州大学莱斯大学斯坦福2012电子科大2012北大2013总消除能力9088103~108104103目前研究进展结论：目前同时同频全双工干扰消除能力距离NanoCell需求仍有12dB（119.6-108）以上的差距不同场景（孤站）下总干扰消除需求计算值总干扰消除需求(单位dB)灵敏度恶化0.4灵敏度恶化0.8场景1宏站149.64db146.42db场景2Nanocell119.64116.42场景3Relay124.66121.44硬件复杂度评估结论：天线增加N倍，系统复杂度呈N的2次方增加。对于2天线系统，干扰消除硬件复杂度增加4倍，造成成本、体积、功耗等大幅增加单发单收设备两发两收设备干扰消除TXRXTX1RX1TX2RX2干扰消除•随着收发通道数的增加，由于任一收通道都要消除任一发通道的干扰信号，因此N个收发通道，干扰消除的复杂度为N的2次方•天线隔离：新型天线设计•射频对消：可调衰减器，调相器•基带对消：信道估计，干扰重构孤站可行性分析Case1：对于基站全双工、终端全双工方式终端也需要支持同时同频全双工，复杂度很高Case2：基站同时同频全双工，终端采用传统双工Case2a：对于终端时分方式在小区边缘，对于时隙n，如果UE1和UE2靠得较近，则UE2上行信号对UE1干扰很强Case2b：对于终端频分方式终端之间邻频干扰太强F1F1F1F1eNBUE1UE2eNBUE1UE2时隙n时隙n+kF2F2F1F1eNBUE1UE2基站同时同频全双工终端采用传统双工Case2b：终端频分方式F1F1F1F1eNBUE1eNBUE2时隙n时隙n+k基站同时同频全双工终端同时同频全双工结论：终端全双工在孤站场景下可实现，但终端复杂度太高，如果终端采用传统双工则会产生严重的终端间干扰Case1Case2a：终端时分方式孤站可行性具体分析——Nano-cell，场景1Case1：对于基站全双工、终端时分、全双工方式不同终端分别工作在不同的时隙，可避免终端之间的相互干扰终端需要支持同时同频全双工，复杂度很高终端也需要消除120dB的强干扰天线隔离：终端体积很小，收发天线间隔离度有限射频对消：射频接收功率很大，对射频功放的线性范围要求很高？基带对消：基带信号量化会有问题？如果干扰信号过大，则有用信号可能被量化误差所淹没。比如基带信号用16bit量化，要求有用信号至少10bit，则干扰信号最大18dBUE1UE2UE2下行UE1下行UE2上行UE1上行基站