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在2019年让5G NR(新空口)毫米波在智能手机上成为现实

每隔一段时间,新的技术就会应运而生,并重塑此前的边界和假设。尽管仍处在广泛测试中,但5G毫米波正成为变革移动行业的一项关键技术,引领下一代用户体验,并显著提高网络容量。

它的到来恰逢其时。移动网络正面临激增的数据需求,因为消费者越来越多地利用移动设备来分享和消费高保真多媒体。最重要的是,随着移动设备能做的事越来越多——比如高分辨率相机、4K视频、VR、AR——消费者对更快、更好连接的需求也日益增加。

近日,Qualcomm进行了一项全球5G消费者调查,结果证实了这种对移动宽带无法满足的需求。调查发现,当5G可用时,约有50%的消费者会购买支持5G网络的智能手机。在消费者选择5G手机的因素中,快10倍的速度,快10倍以上的响应时间, 以及更划算并且无限的流量,等三大原因居首。

为了满足日益增长的需求,我们需要获取更多的频谱。频谱就像移动连接的命脉。原因很简单——更多的频谱意味着更高的网络容量,也就意味着更快的数据速率和更好的用户体验。5G的一个关键机遇是利用此前不适合用于移动通信的全新的高频段。5G NR——全球5G标准——不仅仅面向3 GHz以下频段设计,而是提供了一个统一设计,从而可以利用3.3到6 GHz的中频段,以及24 GHz以上的高频段——也被称为毫米波。

图一:5G NR统一空口设计涵盖丰富的频段和类型

尽管将24 GHz以上频段用于无线通信并非新鲜事,但对于移动通信,毫米波是一个全新的前沿领域,前景十分诱人,因为在这些高频段,有大量可用的带宽可用来实现极高的数据速率并显著提高容量。在相当一段时间内,毫米波被用于定点、视距内无线通讯,作为固定无线回传和卫星通讯。然而,增加的传输损耗,易受障碍物影响 (如手、头、身体、树叶、建筑穿透),以及RFIC的复杂性和能量效率,使得这些高频段历来不适用于移动通信。但是现在,基于5G NR的毫米波正改变这一现状,而Qualcomm正引领这一潮流。

业内有相当数量的人对在2019年实现5G NR毫米波的商业化持怀疑态度——即在移动设备形态,如智能手机中克服这些高频段的挑战,提供稳健的移动通讯。

在Qualcomm,我们一直以来都有解决其他人认为不可能的无线挑战的悠久传统。我们一直在研究能使毫米波用在移动宽带通信系统中的关键设计元素——向我们自己,也向整个行业证明,什么是可行的,什么还需要攻克。我很高兴能与大家分享我们在这个问题上取得的一些进展。

在真实环境中展示可持续的移动宽带通信

今年早些时候在巴塞罗那世界移动通信大会上,我们演示了我们第一代工作在28 GHz频段上的5G 毫米波原型系统。该原型系统和OTA测试利用了我们在新泽西的研究中心搭建的5G毫米波实验网络。我们的测试远超过典型的5G毫米波实验所展示的数千兆的,视距内的毫米波通信连接。该测试展示了先进的5G自适应波束赋形和波束追踪技术可以在真实环境中提供稳健的移动宽带通信。这些真实环境包括:在行进车辆中的设备运动、在办公室中内的设备运动,包括墙体穿透、动态的身体和手阻挡,以及在多个基站(gNodeBs)之间快速切换。

充分展示了利用现有的LTE网络,良好的户外毫米波覆盖是可能的

对于在移动网络中使用毫米波的另一个普遍怀疑是,需要大量的小型基站部署来利用这些技术。这种对许多新的小型基站的需求使一些人相信,即使5G无线通信技术能够提供稳健的移动通信,也需要很多年才能达到商业现实,因为部署所有这些新站点需要移动运营商投入大量的时间和投资。

图2:5G NR毫米波户外覆盖模拟

我们最近在美洲世界移动大会上演示了旧金山的仿真结果(见下图3)。除了在城市10平方公里的区域内展示卓越的(65%)下行连接覆盖,通过与现有的LTE密集部署的共站址部署,覆盖模拟显示在市区1平方公里的区域内拥有更好的覆盖(超过80%)。该仿真还显示,由于大信道带宽在高频段上成为可能,即使在基站覆盖边缘,,也能达到100+Mbps的峰值数率。虽然在手机上实现毫米波户外到室内的覆盖是不可行的,但良好的户外毫米波覆盖可以释放出6 GHz以下频段 (即LTE或5G)户外到室内的容量。此外,户外毫米波覆盖可以与定向的室内毫米波部署相配合。我们计划在本月晚些时候发布一份白皮书,详细介绍这些网络覆盖仿真,包括对室内环境的新仿真。同时,欲了解更多信息可以下载我们的5G NR毫米波演示。

图3:旧金山户外网络覆盖仿真

展示在智能手机形态设计中优化的射频前端设计

当今主流的移动设备形态当然是智能手机。过去的5年多时间里,移动设备中射频的复杂性由于骤增的频段和频段组合产生爆炸性增长。将毫米波添加到5G移动设备将会进一步增加这种复杂性,因为它迫切地需要包含多种天线元素的毫米波射频前端(RFFE)模块,用于形成在X-Y-Z方向上的波束。此外,考虑到身体和手的阻碍因素,多位置布放也是必不可少的。因此,另一部分对利用毫米波持怀疑态度者关心的是将这种复杂的射频添加进手机形态是否可行。

最近我们发布了全新的5G NR毫米波原型系统和试验平台,以加速智能手机的移动部署。第二代5G 毫米波原型是基于3GPP 5G 新空口(NR) Release-15规范开发的,并且将会被用于基于3GPP5G NR的毫米波互操作测试和从2017年下半年开始的5G NR OTA测试中。通过支持800 MHz带宽和先进的5G技术,包括先进的信道编码,该原型系统支持最高达每秒5g 比特的峰值下载速度。

UE原型实现了真实世界中毫米波移动挑战的OTA测试,例如设备和手部遮挡。此外,它还为移动设备OEM厂商提供了可以尽早开始优化设备的契机,以应对将5G NR毫米波集成进精致外形的设备中的独特挑战。

在2019年实现用于手机的5G NR毫米波的商业化

在2019年实现5G NR毫米波的商业化还有很多工作要做。

首先也是最直接的,5G NR移动体验的先行者是千兆级LTE。千兆级LTE在当下让我们得以一窥5G增强形移动宽带,它也是移动网络通往5G之路上的必要升级。Qualcomm一直引领千兆级LTE的发展,而这一技术在2017已经成为一种全球现象。

在5G NR的前沿,行业正致力于完成3GPP技术规范的第一个版本(Rel-15),包括即将在今年年底完成的非独立部署模式的(即NSA)5G NR规范。我们的Qualcomm Research 5G NR原型系统,包括毫米波和6 GHz以下频段,都旨在追踪和推动这一标准化过程。因此,这些原型系统的构建是为了支持与网络设备厂商一起在今年晚些时候开展早期的与3GPP兼容的5G NR互操作性测试。这又会推动与移动网络运营商进行的兼容3GPP标准的OTA试验,这些试验将会检验5G NR毫米波和6 GHz以下频段在真实部署场景和用例中的表现。

这些测试和试验的目的是推动移动生态系统的快速验证和5G NR技术的大规模商业化。Qualcomm Technologies正利用从测试和试验中吸取的经验,帮助推动正在进行的Qualcomm骁龙X50 5G系列调制解调器的开发,预计首款兼容3GPP标准的5G商业产品,包括搭载骁龙X50 5G NR调制解调器的高端智能手机将于2019年推出。

尽管还有很多工作要做,但我们自信可以实现这一移动行业的下一个重大突破,在2019年实现5G NR毫米波在移动网络和包括智能手机在内的移动设备上的商用。但请勿只采纳我的只言片语——下载我们最新的报告,观看网络研讨会来了解更多。

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