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Qualcomm Research成功演示5G毫米波(mmWave)设计

2015年12月2日

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虽然我们对5G的未来愿景已远超过越来越快的峰值速率,但我们依旧相信5G还能继续带来高效解决方案,以应对日益增加的移动数据流量挑战,并提供极致的、数千兆比特每秒(Gbps)的数据传输速率,引领我们进入下一个沉浸式多媒体体验时代(如3D/超高清视频远程呈现和虚拟现实)。上周早些时候,在一场针对行业分析师的现场演示中,Qualcomm Research展示了能够实现极致移动宽带体验的5G技术关键——毫米波(mmWave)。

在高频率范围内的频段(如28 GHz),即为毫米波。它不但能带来足以支持数千兆比特每秒(Gbps)数据传输速率的带宽,还可提供利用极密的空间复用度以增加容量的机会。而这些机会并非是新出现的——毫米波频率目前已经被运用在了一些应用程序中,比如通过在60GHz频谱运行的802.11ad WiFi进行室内高分辨率视频传输。然而从传统上看,由于传输损耗较高,且易受建筑、人、植物,甚至是雨滴的阻碍影响,这些更高频率范围对室内/外移动宽带应用来说还不够稳定强大。覆盖率不足,缺乏移动性支持(尤其是在非视距环境下),这些问题使毫米波在移动宽带上的应用一直不太可行。但这种情况即将得到改变…

顾名思义,在毫米波运行的较高频率上,小波长使大量天线阵元能在相对较小的形状因子中运行。而我们可以利用毫米波的这种特性,形成狭窄的定向波束,发送和接收更多能量,从而克服传播/路径损耗的问题。这些窄波束也可用于空间复用。这是将毫米波用于移动宽带服务的关键要素之一。此外,在视距路径受阻时,非视距(NLOS)路径(如附近建筑的反射)能有大量能量以提供替代路径。

然而,使毫米波“移动化”的挑战还不止如此。想要通过毫米波获得良好的移动宽带用户体验,需要不断的智能波束搜索和跟踪算法,来发现并切换到主导波束路径上。该路径会根据环境、移动性以及其他因素的改变而不断变化。我们需要一个在不同波束路径之间以及不同毫米波小型基站之间都能灵活切换的5G设计。因此,尽管毫米波带来的峰值速率看上去非常炫酷,真正的挑战还是在于提供一种强大的毫米波设计,使它能够进行室内/外移动部署。这让我回想起Qualcomm Research上周早些时候在圣迭戈进行的28GHz现场演示。

Qualcomm Research的工程师们展示了以28GHz频段运行的TDD同步系统。虽然系统的设计足以承载多个设备,但此次演示仅包括一个高频毫米波基站和一台设备(或UE)。Qualcomm Research团队构建的毫米波基站天线设计原型拥有128个天线阵元,16个可控射频信道,而设备则包含了4个可选子阵列,每个子阵列拥有4个可控射频信道。商业基站可根据大小、覆盖面积等因素拥有更多的天线阵元。设备中的多子阵列形成一条动态定向波束,确保了用户的使用情况(比如,用户的手放在设备的位置,或设备相对基站的位置)不会过于影响设备性能。

现场演示展示了智能波束形成和波束跟踪技术。通过这一技术,即便设备被移动、射频信道条件发生变化,也能够得到相对稳定的信噪比(SNR)。演示图形用户界面(GUI)清楚展示了系统随着环境改变在光束模式(上行和下行)之间的切换。工程师透露,在其他测量中,系统测量的视距(LOS)覆盖约为350米,而在曼哈顿进行的户外密集型城市的模拟测量,得到的结果是约150米的非视距(NLOS)覆盖。

当然,我们所期望的,移动宽带服务带来的无处不在的覆盖和无缝的移动体验,仍将基于6GHz以下的频段。未来我们使用5G和毫米波技术,可以提高用户吞吐量和增加网络容量。为此,我们设计了5G的统一空口,以提供毫米波和5G sub-6 GHz低频之间的紧密耦合,并提供4G LTE接入多连通,从而进一步增强毫米波设计的可靠性。

现场演示是毫米波“移动化”迈出的一大步,当然,还有更多的工作要做。Qualcomm正与业界紧密合作,通过3GPP标准组织规范5G技术,其中包括正在进行的毫米波信道建模工作。我们期待在2016年2月的世界移动大会(MWC)上展示有关毫米波系统的更多细节。与此同时,您可以从我们的网站了解有关5G技术(包括mmWave)的所有最新信息。

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