5G時(shí)代的無(wú)線寬帶新技術(shù)

　　5G時(shí)代到來(lái)后，無(wú)線寬帶技術(shù)將會(huì)外圈呈現(xiàn)為外圈是5G的性能，內(nèi)圈是4G的性能。5G相比于4G用戶體驗(yàn)提高了10倍，頻譜效率提高了3倍，移動(dòng)性提高了3倍，可以支持高鐵(注：高鐵時(shí)速500公里);無(wú)線接口延時(shí)減少90%(不高于1毫秒)，能夠支持高速公路時(shí)速200公里的汽車(chē)避免碰撞;連接密度提高了10倍，要做到1平方公里內(nèi)可以有100萬(wàn)個(gè)傳感器可以上網(wǎng)，支持大規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng);能效提高了100倍、流量密度提高了100倍、峰值速率提高了30倍。

5G的性能為何比4G高很多?

　　根據(jù)香農(nóng)定理，要提高網(wǎng)絡(luò)的容量，無(wú)非是增加基站數(shù)(蜂窩變密)、增多天線數(shù)(空分復(fù)用)、增加帶寬(更多的帶寬資源)、增加信噪比。大規(guī)模的天線是增加天線數(shù)，超密集組網(wǎng)是增加基站數(shù)，全頻譜接入是增加帶寬，新型多子接入是增加信噪比。當(dāng)然，還有更多的技術(shù)來(lái)支撐5G的發(fā)展。

多輸出多輸入(MIMO)天線

　　我們用空分的辦法，用波束賦形一根天線可以對(duì)一根終端，目前已經(jīng)做到天線陣列、智能天線等可以波束賦形，已經(jīng)有64根天線商用了，128根的已經(jīng)在4G里得到應(yīng)用，有的企業(yè)還做到256根天線。所以，大規(guī)模的天線是支撐5G，使5G的容量大幅度提升的最主要的技術(shù)。

全雙工

　　過(guò)去我們的雙工有時(shí)分雙工、頻分雙工，現(xiàn)在要全雙工，即同頻同時(shí)。同頻同時(shí)的一個(gè)大問(wèn)題是自干擾(自己會(huì)串?dāng)_到自己這里來(lái))，解決的辦法是在發(fā)送端通過(guò)調(diào)整時(shí)延和衰減來(lái)抵消掉串?dāng)_。這是在模擬口的，也可以落到數(shù)字口來(lái)抵消這個(gè)干擾。如果能夠把同頻、同時(shí)，全雙工的干擾抵消，容量就可以提高1倍。

超密集組網(wǎng)

　　我們現(xiàn)在是靠加大蜂窩的密度，但是往往在蜂窩中心的用戶體驗(yàn)比較好。在蜂窩邊緣的體驗(yàn)不好。所以我們希望使用分布式的天線，這樣就可以解決蜂窩邊緣體驗(yàn)不好的問(wèn)題。但是此時(shí)各個(gè)天線之間帶來(lái)了很多的干擾。怎么辦?把所有的天然干擾都測(cè)試下來(lái)，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析讓它們產(chǎn)生抵消。這樣一來(lái)，理論上只要把干擾都抵消干凈，移動(dòng)通信的容量就是無(wú)限大的了(注：當(dāng)然實(shí)際上不可能做到這么完美)，通常容量能夠提高2個(gè)量級(jí)。

　　因此，我們通過(guò)高密集的組網(wǎng)、分布式的多天線等進(jìn)行聯(lián)合的數(shù)據(jù)發(fā)送，可以將其他基站的干擾變成有用信號(hào)，提升單用戶的吞吐率和系統(tǒng)的頻譜效率。

TDD是5G的主要模式

　　另外，5G需要用到很多帶寬，這么高的峰值，帶寬頻譜需要很寬，工作頻率要到6GHz和70GHz，這么高的頻段是很難找到成對(duì)的頻率的，因此，TDD是5G的主要模式。我們可以看到在天線、業(yè)務(wù)、頻譜、網(wǎng)絡(luò)上面，TDD都顯示出優(yōu)點(diǎn)，天線上的上下行的信道是一個(gè)頻率。

　　另外，在業(yè)務(wù)上，TDD可以做到上下行的不對(duì)稱(chēng)分配，可以比較靈活地適應(yīng)需要。頻譜上容易安排雙工。既然是TDD，它可以適應(yīng)碎片化的頻率，可以靈活組網(wǎng)。當(dāng)然，要利用這些優(yōu)勢(shì)需要有一些技術(shù)來(lái)支撐。

　　原來(lái)在4G的時(shí)候，TDD上下行是分在兩個(gè)子幀里的，現(xiàn)在為了減少時(shí)延，必須把它安排在一個(gè)子幀里，即自包含的子幀里，這樣就可以做到低時(shí)延。

5G要低頻譜接入

　　MWC2015(世界無(wú)線電大會(huì))通過(guò)了一個(gè)頻率是1.4~1.5GHz的方案，其它的還沒(méi)有定，留在2019年定。2016年7月，F(xiàn)CC(美國(guó)聯(lián)邦通訊委員會(huì))批準(zhǔn)了5G的頻率，工作在28GHz、37GHz、39GHz，以及64GHz到71GHz頻段。2016年11月，歐盟發(fā)布了5G頻率，低頻段是3.4~3.8GHz，還有廣播及現(xiàn)在電視用的牌照，也拿出來(lái)給移動(dòng)通信用。高頻段，有24~28GHz，31~33GHz，40~43GHz?？傊?，5G已經(jīng)擴(kuò)展到毫米波頻段了。

　　目前，中國(guó)只安排了3.4~3.6GHz(還是很窄的，只有200M)。所以，中國(guó)的5G的頻率面臨著很大的挑戰(zhàn)。

注：本文根據(jù)2017年3月23日南京“2017中國(guó)半導(dǎo)體市場(chǎng)年會(huì)第六屆中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新大會(huì)”上鄔賀銓院士的演講整理。