LTE成為主流？無線通信最新技術(shù)趨勢(shì)盤點(diǎn)

　　作為介紹無線技術(shù)的開片，本文把焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)了支撐手機(jī)和智能手機(jī)服務(wù)的移動(dòng)通信技術(shù)，也就是無線通信行業(yè)所說的“無線廣域網(wǎng)”（WWAN：Wireless Wide Area Network）。從下次開始，本連載將逐一向大家介紹“無線局域網(wǎng)”（WLAN：Wireless Local Area Network）以及“無線個(gè)人局域網(wǎng)”（WPAN：Wireless Personal Area Network）的技術(shù)動(dòng)向。

　　3GPP展開行動(dòng)

　　第3代移動(dòng)通信方式（3G）的技術(shù)規(guī)范機(jī)構(gòu)“3GPP”（第三代合作伙伴計(jì)劃）的動(dòng)向大幅左右著WWAN的技術(shù)走向。自從通信方式進(jìn)入3G以后，3GPP一直引領(lǐng)著世界手機(jī)服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作?？梢哉f，3GPP制定的規(guī)范決定著之后移動(dòng)通信技術(shù)的趨勢(shì)。

　　3GPP即將完成“Release 11”的標(biāo)準(zhǔn)化，其中將加入與LTE的后續(xù)規(guī)范“LTE-Advanced”相關(guān)的追加規(guī)定。關(guān)于其后續(xù)規(guī)范“Release 12”（預(yù)定于2014年下半年制定完成），以及更長遠(yuǎn)的“后LTE-Advanced”的構(gòu)想的探討也即將開始（圖1）。按照設(shè)想，LTE-Advanced將于2015年左右投入實(shí)用，Release 12和后LTE-Advanced將于2016年～2020年左右投入實(shí)用。

　　下面，本文就分“2013～2015年”、“2016～2019年”、“2020年以后”三個(gè)階段，介紹一下根據(jù)3GPP的討論內(nèi)容推測(cè)的將來的移動(dòng)通信方案以及所需的技術(shù)。

　　使用多家運(yùn)營商

　　首先來看2013～2015年移動(dòng)通信行業(yè)的發(fā)展。關(guān)注點(diǎn)是LTE-Advanced的引進(jìn)。

　　LTE-Advanced是現(xiàn)在世界主要地區(qū)已經(jīng)開始采用的“LTE”的拓展規(guī)范。例如，當(dāng)單通道帶寬為20MHz時(shí)，LTE的最大數(shù)據(jù)傳輸速度約為150Mbps；而LTE-Advanced通過把單通道帶寬擴(kuò)大到最大100MHz，能夠?qū)崿F(xiàn)超過1Gbps的速度。使用同一頻道與多個(gè)用戶進(jìn)行通信的多路訪問方式與LTE一樣使用正交頻分多址接入（OFDMA）。

　　圖1：LTE普及，后LTE-A也將展開

　　圖中總結(jié)了未來移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展方向。擴(kuò)大傳輸容量將成為移動(dòng)通信運(yùn)營商的首要課題。此時(shí)需要的是小型蜂窩基站和高級(jí)干擾補(bǔ)償技術(shù)等。2015年以后，最大數(shù)據(jù)傳輸速度將超過1Gbps。

　　LTE-Advanced新增的項(xiàng)目大致有五個(gè)。其中備受關(guān)注的功能有“載波聚合”和“異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)”（HetNet）。

　　首先，載波聚合是通過聚合多個(gè)頻道（載波）增大帶寬的技術(shù)。如果把20MHz帶寬的載波作為1個(gè)單位，組合5個(gè)單位即為100MHz。例如，把800MHz頻帶中的20MHz、2GHz頻帶中的20MHz聚合到一起，可以使帶寬達(dá)到40MHz。

　　采用這種方法是由于頻率資源緊張。雖然LTE-Advanced可以使用100MHz帶寬，但能夠持續(xù)為移動(dòng)通信服務(wù)提供100MHz帶寬的頻帶有限。要想滿足世界各地通信運(yùn)營商開展服務(wù)的需求，載波聚合這樣的機(jī)制必不可少。

　　HetNet逐漸浸透

　　預(yù)定緊接著載波聚合導(dǎo)入的是HetNet。其作用是把發(fā)送功率不同的基站組合到一起，開展移動(dòng)通信服務(wù)。在手機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，一般的基站叫做“宏蜂窩基站”（發(fā)送功率為10～40W），可以覆蓋半徑1～25km左右范圍內(nèi)的用戶。宏蜂窩基站與微微蜂窩（功率在數(shù)W以下）組合，覆蓋著基站內(nèi)點(diǎn)狀分布的通信需求較高的區(qū)域。這種發(fā)送功率小于宏蜂窩的基站及基站裝置叫做“小型蜂窩”。

　　面向2013～2015年的LTE-Advanced采用期，基站和終端的開發(fā)已經(jīng)展開?；痉矫?，包括HetNet使用的微微蜂窩和毫微微蜂窩基站在內(nèi)，小型蜂窩基站的開發(fā)十分活躍。終端方面，有可能出現(xiàn)巨大變化的是“Release 11”中開始采用的“高級(jí)接收器”功能。這項(xiàng)功能的概念是在HetNet環(huán)境下，使終端也具備減輕電磁干擾的功能。該功能從宏蜂窩基站獲取在何時(shí)、應(yīng)該重視哪個(gè)基站的信號(hào)的優(yōu)先度信息，將其應(yīng)用于減輕RF電路的電磁干擾。

　　后LTE-A開發(fā)也將展開

　　接下來的2016～2019年是LTE-Advanced的全面普及期。到2016年左右，1個(gè)通道可以利用的帶寬估計(jì)為80M～100MHz。此時(shí)，最大數(shù)據(jù)傳輸速度將達(dá)到1Gbps。

　　設(shè)想在這一時(shí)期投入實(shí)用的移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)估計(jì)相當(dāng)于3GPP制定的“Release 12”。Release 12預(yù)定在進(jìn)一步拓展LTE-Advanced的概念的基礎(chǔ)上，添加新的功能。

　　圖2：提出新一代規(guī)范技術(shù)方案

　　預(yù)定于2014年下半年完成標(biāo)準(zhǔn)制定的“3GPP Release 12”的議題匯總。主題包括小型蜂窩基站的高度化、多天線技術(shù)、支持M2M和D2D等。

　　在3GPP內(nèi)部，各公司已經(jīng)就Release 12的技術(shù)概念提出了方案（圖2）。包括利用小型蜂窩基站、多天線技術(shù)在內(nèi)，關(guān)于提升基站性能的提議也很多。其中，空間復(fù)用技術(shù)的高度化備受期待，關(guān)注的關(guān)鍵詞是“3D-MIMO”。

　　過去的MIMO空間復(fù)用系統(tǒng)是在基站的放射面上，沿二維方向，把空間分割給用戶。而3D-MIMO則是在基站的垂直面內(nèi)（靠近基站的用戶與基站邊緣的用戶），利用MIMO進(jìn)行空間分割。水平面內(nèi)的分割加上垂直面上的分割，可使能夠同時(shí)利用同一頻道的用戶大幅增加。

　　3.5GHz附近頻帶的利用估計(jì)也會(huì)成為Release 12的議題。例如NTT DoCoMo提出了在大廈內(nèi)和家庭內(nèi)等小范圍區(qū)域利用高頻帶，在廣域內(nèi)利用傳統(tǒng)的低頻帶的方法。3.5GHz頻帶等高頻帶波的方向性好，傳輸距離短。這樣的利用方式可以發(fā)揮其特性，把使用范圍集中于流量需求大的小范圍區(qū)域。

　　流量超過500倍

　　關(guān)于2020年以后的技術(shù)，目前3GPP還未提出明確的服務(wù)概念。世界各地的通信運(yùn)營商和通信設(shè)備生產(chǎn)商都在自己設(shè)想。

　　在這種情況下，NTT DoCoMo已經(jīng)公布了應(yīng)對(duì)2020年左右通信流量增加的方針的示例。根據(jù)該示例，DoCoMo設(shè)想的方式是以大幅增加基站的設(shè)置數(shù)量為主軸，擴(kuò)大WLAN數(shù)據(jù)分流的利用和擴(kuò)展可用帶寬（圖3）。最大數(shù)據(jù)傳輸速度的目標(biāo)高達(dá)10Gbps。

　　圖3：對(duì)新的效率提高技術(shù)寄予厚望

　　為了滿足2020年通信流量增至500～1000倍的需求，NTT DoCoMo提出了解決思路，即在利用新的頻率分配方式擴(kuò)大帶寬的同時(shí)，通過改善多路訪問方式，提高頻率利用效率。

　　另外，為了滿足500～1000倍于2010年的通信流量，提高頻率利用效率必不可少。但直到現(xiàn)在，無線接入技術(shù)中還沒有能夠?qū)崿F(xiàn)如此高的頻率利用效率的熱門候選，因此只能以現(xiàn)行的OFDMA為基礎(chǔ)，通過擴(kuò)充附加功能，一點(diǎn)一點(diǎn)地提高頻率利用效率。

　　諸如此類的技術(shù)水平提升將是未來數(shù)年的重要研究主題。用于提高頻率利用效率的信號(hào)處理技術(shù)、新概念的糾錯(cuò)技術(shù)、全新概念的多路訪問技術(shù)，都被寄予厚望。