實(shí)現(xiàn)5G的兩名“大將”：MIMO天線與載波聚合

　　讓LTE-A比以往幾代技術(shù)速度大大提升的是兩種技術(shù)：載波聚合與MIMO天線。這兩者都不屬于新技術(shù)，但都可能在實(shí)現(xiàn)5G的潛力中起到非常大的作用。

　　什么是5G？

　　第五代移動(dòng)電話行動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，也稱第五代移動(dòng)通信技術(shù)，外語縮寫：5G。也是4G之后的延伸，正在研究中，網(wǎng)速可達(dá)5M/S - 6M/S 。

　　諾基亞與加拿大運(yùn)營商Bell Canada合作，完成加拿大首次5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的測試。測試中使用了73GHz范圍內(nèi)頻譜，數(shù)據(jù)傳輸速率為加拿大現(xiàn)有4G網(wǎng)絡(luò)的6倍。鑒于兩者的合作，外界分析加拿大很有可能將在5年內(nèi)啟動(dòng)5G網(wǎng)絡(luò)的全面部署。

　　由于物聯(lián)網(wǎng)尤其是互聯(lián)網(wǎng)汽車等產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，其對(duì)網(wǎng)絡(luò)速度有著更高的要求，這無疑成為推動(dòng)5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的重要因素。因此無論是加拿大政府還是全球各地，均在大力推進(jìn)5G網(wǎng)絡(luò)，以迎接下一波科技浪潮。不過，從目前情況來看5G網(wǎng)絡(luò)離商用預(yù)計(jì)還需4到5年時(shí)間。

　　什么是載波聚合？

　　人們對(duì)數(shù)據(jù)速率的要求越來越高，載波聚合（Carrier AggregaTIon ，CA） 成為運(yùn)營商面向未來的必然選擇。什么是載波聚合？簡單一點(diǎn)說，就是把零碎的LTE頻段合并成一個(gè)“虛擬”的更寬的頻段，以提高數(shù)據(jù)速率。

　　CA技術(shù)可以將2～5個(gè)LTE成員載波（ComponentCarrier，CC）聚合在一起，實(shí)現(xiàn)最大100MHz的傳輸帶寬，有效提高了上下行傳輸速率。終端根據(jù)自己的能力大小決定最多可以同時(shí)利用幾個(gè)載波進(jìn)行上下行傳輸。載波聚合功能CA功能可以支持連續(xù)或非連續(xù)載波聚合，每個(gè)載波最大可以使用的資源是110個(gè)RB。每個(gè)用戶在每個(gè)載波上使用獨(dú)立的HARQ實(shí)體，每個(gè)傳輸塊只能映射到特定的一個(gè)載波上。每個(gè)載波上面的PDCCH信道相互獨(dú)立，可以重用R8版本的設(shè)計(jì)，使用每個(gè)載波的PDCCH為每個(gè)載波的PDSCH和PUSCH信道分配資源。也可以使用CIF域利用一個(gè)載波上的PDCCH信道調(diào)度多個(gè)載波的上下行資源分配。全球不同區(qū)域的運(yùn)營商會(huì)有不同的LTE頻譜分配，因此也就有不同的載波聚合的頻段組合需求。目前在3GPPRAN4小組中有非常多的載波聚合頻段組合正在討論，主要是確定為滿足不同CA頻段組合工作時(shí)基站和終端需要達(dá)到的射頻指標(biāo)。

　　就其本身而言，載波聚合通過從多個(gè)本地基站接收信號(hào)提高下載速度，而不僅僅是從附近信號(hào)最強(qiáng)的基站接收信號(hào)。這些不同的波段聚到一起之后所能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大大提高。在LTE-A技術(shù)中，可以讓五個(gè)高達(dá)20MHz的帶寬載波單元聚集成100MHz單載波。

　　頻段是全球性短缺資源，大部分移動(dòng)電信公司都已經(jīng)把能夠利用的頻率都利用了。其結(jié)果是，他們的頻段很少是連續(xù)的。幸運(yùn)的是，載波聚合不但讓移動(dòng)運(yùn)營商提高了其數(shù)據(jù)傳輸速率，而且可以讓他們把不同的頻段拼接到一起。在5年后5G服務(wù)進(jìn)入更擁擠的無線世界的時(shí)候，載波聚合甚至?xí)兊酶匾?/p>

　　什么是MIMO？

　　MIMO（MulTIple-Input MulTIple-Output）技術(shù)指在發(fā)射端和接收端分別使用多個(gè)發(fā)射天線和接收天線，使信號(hào)通過發(fā)射端與接收端的多個(gè)天線傳送和接收，從而改善通信質(zhì)量。它能充分利用空間資源，通過多個(gè)天線實(shí)現(xiàn)多發(fā)多收，在不增加頻譜資源和天線發(fā)射功率的情況下，可以成倍的提高系統(tǒng)信道容量，顯示出明顯的優(yōu)勢(shì)、被視為下一代移動(dòng)通信的核心技術(shù)。

　　這就好像用高速公路代替單車道的鄉(xiāng)間公路。目前的MIMO應(yīng)用方式通常是在發(fā)送端和接收端都使用三四個(gè)天線。如果兩端都使用幾十甚至上百個(gè)天線，將大大提高下載速率，更有效地利用可用頻段。

　　如今的無線設(shè)備使用的是擁擠的700MHz～2.6GHz頻道范圍。這并不是說，5G推出之后，今天的4G甚至3G網(wǎng)絡(luò)所使用的頻道就會(huì)被空出來。移動(dòng)運(yùn)營商將會(huì)繼續(xù)為數(shù)以百萬計(jì)沒有立即升級(jí)到最新設(shè)備的用戶繼續(xù)提供傳統(tǒng)業(yè)務(wù)，這些用戶可能好幾年都不會(huì)升級(jí)設(shè)備。

　　最有可能的情況是，5G將從今天的UHF（特高頻）頻段轉(zhuǎn)移到3GHz和30GHz之間的SHF（超高頻）頻段，甚至是30GHz和300GHz之間的EHF（極高頻）頻段。目前這些頻段被用于衛(wèi)星電視、微波中繼鏈路、空中交通雷達(dá)、射電天文學(xué)和業(yè)余無線電。

　　5G技術(shù)將需要比目前的手機(jī)信號(hào)發(fā)射塔更靠近用戶的基站。這已經(jīng)是一個(gè)正在發(fā)生的趨勢(shì)了。到目前為止，微蜂窩已被主要用于建筑物內(nèi)解決手機(jī)信號(hào)差的問題。為了處理5G數(shù)據(jù)，現(xiàn)有手機(jī)基站之間的空白地帶需要部署數(shù)百個(gè)微蜂窩接入點(diǎn)。這些小天線盒會(huì)被安裝在路燈柱子上或者建筑物內(nèi)，幾乎沒有人會(huì)注意到它們，更不會(huì)有人反對(duì)安裝，而架設(shè)新的手機(jī)信號(hào)發(fā)射塔往往就不一樣了。