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迈向Gigabits移动速率时代——LTE数据速率的提升技术

2017/5/21    来源:LAOGUO与技术    作者:佚名      
关键字:Gigabits  LTE数据速率  
每天都有新的文章,宣传和公告,告诉我们5G到达时我们的生活将会有多美好。然而,我们究竟在等什么呢-它是一场演变还是一场革命?
    引言
 
    每天都有新的文章,宣传和公告,告诉我们5G到达时我们的生活将会有多美好。然而,我们究竟在等什么呢-它是一场演变还是一场革命?正如本文将要描述的那样,我们不必等待那么长的时间来实现与5G相关的许多优点,因为它即是一场革命(5G新无线电[NR:5GNewRadio])同时也是一场进化演进过程(LTE演进:LTEevolution)。LTEAdvancedPro(3GPPRelease13/14版)向5G(3GPPRelease15/16/17版)的发展将展示出数据吞吐量的强劲进步,并以实现我们的生活方式转型为目标。
 
    正如我们在前面的文章中所看到的那样,消费者的满意度与移动连接设备的效用以及网络中的数据速率和用户设备的吞吐量等因素是息息相关的。
 
    我们认为驱动平均数据吞吐量在几十吉比特每秒(tensofgigabitspersecond)的速率将可以满足几乎5G设备的任何定义。幸运的是,消费者不必等到2020年5G出来时才能体验提高数据速率和性能改善所带来的感受。使用3GPP批准的包含在版本13,14和15中的标准化技术,将可以通过组合应用先进的3GPP标准化方法来确保数据速率提高到原来的2至3倍。
 
    3GPP标准迈向5G
 
    本文的大部分讨论将侧重于讨论从LTEAdvancedPro(3GPPRelease13版本)向下一代5G网络的转型。国际电信联盟(ITU)2020年网络倡议(InternationalTelecommunicationUnion(ITU)Network2020initiative)以及许多全球其他有关团体为5G确定了具体的方向和目标-换句话说就是5G成功的关键支柱。
 
    如图1所示,在三个主要的向量方向将为下一代系统的成功进行了定义。
 
    eMBB(Enhancedmobilebroadband)-增强型移动宽带-将处理不断增长的系统容量,目标是1000倍(1000x)的网络容量,大于10Gbps的峰值速率,每个用户至少100Mbps。这将包括低于6GHz频谱的4G和5G以及6GHz以上的5GNR通信等方面。
 
    uRLLC(Ultra-reliablelowlatencycommunications)-超可靠的低延迟通信-将处理需要几乎无延迟的关键任务(mission-critical)通信的新应用。这些新的垂直细分市场的应用目标是确保高可靠性和可用性,具有极低的延迟(或要求低于两毫秒)。
 
    mMTC(Massivemachine-typecommunications)-大型机器类型通信-将与极低成本和低数据速率的新兴市场相关联。它与物联网最密切相关,并且体现在LTE网络的大量新连接。
 
5G的愿景和目标
 
    图1、5G的愿景和目标
 
    图2提供了对3GPPRelease12至Release16的发布状态的概要描述,其中列出了一些主要功能。要了解设备制造商的选择奥秘,请务必了解并非所有功能都会同时发布到网络中。这些技术必须在3GPP标准中得到批准,但也必须在移动运营商部署的网络设备中进行过验证。然后,必须要有可以支持这些新功能的用户设备可用。因此,在获得批准的标准之间的滞留期间,功能将在每个国家运营商的网络中逐渐推出。因此,实际在现网中执行需要数月至数年时间。
 
LTEAdvancedPro-向5G演进的3GPP协议路标
 
    图2、LTEAdvancedPro-向5G演进的3GPP协议路标
 
    3GPPLTE已经通过其规范协议版本不断发展各种通信技术。每个版本都有一到两年的跨度,并会引入广泛的新特性和演进的特性。
 
    在特性演进方面,例如,版本10(Release10)中首先引入的具有两个下行链路载波的CA特性,现在在版本14(Release14)中引入高达五个下行链路载波和三个上行链路载波的汇聚(CA:CarrierAggregation)。类似地,LTE开始时在下行链路中首先被引入64QAM调制,而在上行链路刚开始时引入16QAM调制。此后,在下行链路中引入了256QAM调制方式,并且在上行链路中引入了64QAM调制方式,并且现在将其部署在大多数的高级网络(LTE-advanced)中。
 
    Release14现在也将在上行链路中引进256QAM调制。已经扩展实现了多达32个载波分量,并且支持实现高达8x8MIMO。实际上,在可用频谱中按照详细规范工作实现它的是多达五个载波分量和4x4MIMO,并且尚未部署在所有网络上。截至今天,最先进的网络是组合实现了三个下行链路载波的CA,4x4MIMO和256QAM调制,并展示了接近1Gbps的峰值数据速率。同样,3GPP协议已经规定了上行链路CA和上行链路MIMO,但只有上行CA已经在现网中实现了,而且直到2017年第1季度才在韩国和中国地区实现。
 
    除了这种不断进化的数据流量之外,还引入了新功能。例如使用许可频段辅助访问(LAA:LicenseAssistedAccess)和增强型LAA(eLAA:enhancedLAA)的应用场景,就是使用5GHz无须许可频段作为带宽聚合的可能性,并且分别在下行链路和上行链路中使用了许可频段。
 
    然而,它需要一些补充,以便部署在无许可频段中其它技术能够正常工作。
 
    同样地,LTE技术也做了一些裁减以解决Release13/Release14号中的物联网(IoT)领域的应用需求:Release13版本引入的窄带IoT(NB-IoT)或者在Release13/Release14中的车对车(V2V)/车对一切(V2X)的应用需求。另一种情况是大功率用户设备(HPUE:HighPowerUserEquipment),由于其在上行链路中具有3dB的更高的输出功率能力,这样允许在时分双工(TDD)网络中能够更好地平衡下行链路和上行链路覆盖。
 
    对于5G技术,3GPP将继续通过LTE技术的演进来解决新的应用需求,但也将在Release15中引入NR(NewRadio)等新技术。通过增加毫米波(mmWave)频谱,波束形成能力,较高频谱效率的波形,较低的延迟,多数字命理学以及非正交多址等技术,为RF复杂性带来了另外一个维度。这些RF功能对为满足多种新用例而为网络提供更多的灵活性,为更多的用户提供更多的数据等无休止的努力来说非常关键。
 
    有助于增加用户设备(UE)数据速率的LTE功能
 
    本文的目标之一是绘制我们所在行业的蓝图。为了理解已经实施并且将要实施的关键特性,以每秒的比特数来查看Shannon-Hartley(香农哈特利定理)的信道容量(参见图3)是有启发性的。
 
    我们剖析Shannon-Hartley(香农哈特利定理),找到与3GPP和整个行业领域直接关联的增加数据速率的关键因素,通过提高移动数据速率来提高用户的满意度。
 
香农哈特利理论(Shannon-HartleyTheorem)
 
    图3、香农哈特利理论(Shannon-HartleyTheorem)(简体版)
 
    Shannon-Hartley(香农哈特利定理)指出,数据链路的信道容量是数据流数量,带宽(频谱)以及信道噪声的函数。

责任编辑:李欢
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