2014年01月23日08:55
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各國已開始正式探討第4代移動通信系統(tǒng)（4G）之后的下一代移動通信系統(tǒng)（5G）。2014年2月，國際電信聯(lián)盟無線通信部門（ITU-R）討論移動通信系統(tǒng)的WP5D工作組將于越南舉行舉行第18次會議，估計日本、韓國、中國、歐洲的相關(guān)團(tuán)體會分別提出各自的5G構(gòu)想。日本方面，電波產(chǎn)業(yè)協(xié)會（ARIB）在高級無線通信研究委員會內(nèi)設(shè)置了名為“2020 and Beyond AdHoc”的討論會，開始討論5G服務(wù)與系統(tǒng)的構(gòu)想、系統(tǒng)構(gòu)成及無線接入技術(shù)等。
NTT DoCoMo在2013年10月舉辦的的“日本高新技術(shù)博覽會”（CEATEC JAPAN 2013）上展示的模擬畫面
在這種形勢下，很早就面向5G提出各種關(guān)鍵技術(shù)方案的NTT DoCoMo于2013年12月19日公開了該公司5G構(gòu)想的全貌。據(jù)推測，ITU-R將在2015年世界無線電通信大會“WRC-15”上確定5G的藍(lán)圖，在2018年的“WRC-18”上決定5G用頻率。ITU-R表現(xiàn)出了以2015～2018年前后正式確立5G移動通信國際標(biāo)準(zhǔn)為目標(biāo)、主導(dǎo)5G相關(guān)討論及技術(shù)開發(fā)的意向。
擴(kuò)展“Phantom Cell”
NTT DoCoMo面向5G提出了“擴(kuò)展Phantom Cell”的概念，將多種蜂窩小區(qū)（基站）組合起來實現(xiàn)無線接入，以及支撐該概念的“移動光網(wǎng)絡(luò)”。其基本思路是“在現(xiàn)有宏蜂窩上重疊配置使用高頻帶的小型蜂窩，利用比原來容量更大而且延遲更短的回程線路（Backhaul，中繼網(wǎng)絡(luò)）來連接基站群”（NTT DoCoMo先進(jìn)技術(shù)研究所無線方式研究小組負(fù)責(zé)人、主任研究員奧村幸彥）。
NTT DoCoMo以前曾提出過并用宏蜂窩和小型蜂窩的“Phantom Cell”概念。其內(nèi)容是，將現(xiàn)有技術(shù)中通過同一蜂窩小區(qū)收發(fā)的控制信號（控制平面）與用戶數(shù)據(jù)（用戶平面）分離，采用低頻帶、覆蓋區(qū)域大的宏蜂窩主要用于控制平面，使用高頻率大頻帶、輸出功率小的小型蜂窩則主要用于用戶平面。
NTT DoCoMo此次擴(kuò)展了這一概念，新的方式是將使用SHF頻帶（3G～30GHz）以及使用EHF頻帶（30GHz以上的毫米波）等的大小不同的小型蜂窩小區(qū)、配備在地鐵及公交車等移動體上的“移動式蜂窩小區(qū)”及無線熱點作為用戶平面使用（圖1），根據(jù)用戶的移動情況及各蜂窩小區(qū)的利用情況等，從上述多種蜂窩小區(qū)中分配出最適合的無線資源，而用來分配蜂窩小區(qū)的信號則利用宏蜂窩來傳輸。
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圖1 將大小不同的蜂窩小區(qū)組合在一起 關(guān)于5G的基本架構(gòu)，NTT DoCoMo提出了在現(xiàn)有宏蜂窩上重疊配置多種小型蜂窩的“擴(kuò)展Phantom Cell”概念，設(shè)想并用SHF頻帶及EHF頻帶等高頻帶。（該圖由《日經(jīng)電子》根據(jù)NTT DoCoMo的資料繪制） |
使用大量天線、多方向進(jìn)行波束成形
在NTT DoCoMo的5G構(gòu)想中，各種蜂窩小區(qū)中將采用很多新技術(shù)（圖2）。例如，在使用800MHz頻帶及2GHz頻帶等的宏蜂窩中采用“NOMA”（non-orthogonal multiple access：非正交多址接入）這種新的接入方式。以前只能為單一的無線資源（比如按頻率和時間分割的塊）分配一個用戶，而NOMA方式可將一個資源分配給多個用戶。該公司通過模擬，驗證了在城市地區(qū)采用NOMA的效果，并已證實，采用該方法可使無線接入宏蜂窩的總吞吐量提高50%左右。
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圖2 在各種蜂窩小區(qū)中采用的新技術(shù) NTT DoCoMo的概念中新導(dǎo)入的主要技術(shù)。核心技術(shù)是在宏蜂窩小區(qū)中導(dǎo)入新接入方式、將使用大量天線的Massive MIMO應(yīng)用于小型蜂窩小區(qū)，以及確立為用戶分配合適的蜂窩小區(qū)的方法等。 |
而對于使用6GHz以下低SHF頻帶的小型蜂窩小區(qū)，設(shè)置數(shù)量要比宏蜂窩多，“未必能夠?qū)崿F(xiàn)像宏蜂窩一樣經(jīng)過縝密設(shè)計的蜂窩配置”（NTT DoCoMo的奧村）。因此，該公司在小型蜂窩中采用了在區(qū)域重疊的蜂窩之間防止干擾的技術(shù)和協(xié)作收發(fā)技術(shù)等。
具體來說，在使用6GHz～30GHz的高SHF頻帶和使用30GHz以上EHF頻帶的小型蜂窩小區(qū)中采用“Massive MIMO”技術(shù)，這是利用排成陣列的大量天線為多個數(shù)據(jù)流進(jìn)行波束成形的技術(shù)。小型基站會向多個終端并行發(fā)射高指向性波束。
NTT DoCoMo還證實了Massive MIMO技術(shù)的可實現(xiàn)性。據(jù)該公司介紹，設(shè)想使用20GHz頻帶的400MHz帶寬實現(xiàn)最大23.5Gbit/秒的數(shù)據(jù)傳輸速度時，可以用硅半導(dǎo)體制作小型蜂窩用天線。以25dBm發(fā)送16個數(shù)據(jù)流時，設(shè)置256個以上的天線，便可實現(xiàn)NTT DoCoMo設(shè)想的小型蜂窩基站的目標(biāo)——“全體發(fā)射功率低于30dBm”。每個天線的發(fā)射功率僅為6dBm，“這是包括功率放大器在內(nèi)均可用硅半導(dǎo)體制作的水平”（奧村）。
在擴(kuò)展Phantom Cell概念中新增的移動式蜂窩小區(qū)中，NTT DoCoMo設(shè)想采用可通過Massive MIMO改變波束方向并同時追蹤移動站的移動式基站，以及進(jìn)行通信中繼的移動體內(nèi)基站。（作者：竹居 智久，日經(jīng)技術(shù)在線！供稿）
