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Qualcomm大部分時(shí)間從事無線工作，目睹無線技術(shù)領(lǐng)域的許多變化和令人驚嘆的創(chuàng)新，但沒有什么能夠和5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)的根本性轉(zhuǎn)變相提并論。過去幾年，一直領(lǐng)導(dǎo)Qualcomm Research項(xiàng)目，致力于設(shè)計(jì)讓5G愿景變成現(xiàn)實(shí)的新無線空口以及新的5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。目前，3GPP 5G標(biāo)準(zhǔn)化工作正有序地推進(jìn)，這項(xiàng)工作將制定名為5G新空口（5G NR）的全球規(guī)范，我們正積極致力于5G設(shè)計(jì)，以促進(jìn)并加快其發(fā)展。
讓5G NR變成現(xiàn)實(shí)非常復(fù)雜。5G NR必須滿足一系列不斷擴(kuò)展、多種多樣的連接需求，它不僅將連接人，還要在廣泛的行業(yè)和服務(wù)中連接并控制機(jī)器、物體和終端。統(tǒng)一空口要靈活且敏捷地應(yīng)用合適的技術(shù)、頻譜和帶寬，以此滿足每個(gè)應(yīng)用的需求并支持面向未來服務(wù)與終端類型的高效復(fù)用。5G NR還需要充分利用大量可用頻譜監(jiān)管范式和頻段中的每一點(diǎn)頻譜 — 從1 GHz以下低頻帶到1 GHz至6 GHz中頻帶和稱為毫米波的高頻帶。
這要求在我們開創(chuàng)3G、4G和Wi－Fi時(shí)創(chuàng)建的基礎(chǔ)上進(jìn)行新技術(shù)創(chuàng)新。這里沒有定義5G的單一技術(shù)組件。相反地，5G將從諸多截然不同的技術(shù)創(chuàng)新中被構(gòu)建。Qualcomm是發(fā)明公司。多年來我們一直在開發(fā)這些5G構(gòu)建模塊 — 發(fā)明正突破并且會(huì)重新定義無線邊界的5G新技術(shù)。我們已開發(fā)先進(jìn)的5G NR原型系統(tǒng)，用于測試、演示和試驗(yàn)5G發(fā)明�，F(xiàn)在，我們即將迎來5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，我們的無線發(fā)明正促進(jìn)3GPP全球5G NR標(biāo)準(zhǔn)的制定，這將支持從2019年開始，基于符合標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)設(shè)施與終端來進(jìn)行大規(guī)模5G部署。
我在Qualcomm Research的工作最有成就感的一個(gè)方面是，看到我們的先進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和無線技術(shù)從理論開始，一直到設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)化、實(shí)現(xiàn)和最終商用。下面我們快速瀏覽一下正讓5G NR和我們的5G愿景變成現(xiàn)實(shí)的五大關(guān)鍵無線發(fā)明。
發(fā)明＃1：實(shí)現(xiàn)2n子載波間隔擴(kuò)展的可擴(kuò)展OFDM參數(shù)配置
5G NR設(shè)計(jì)中最重要的決定之一是選擇無線電波形和多址接入技術(shù)。在已經(jīng)評估并且將繼續(xù)評估多種方式的同時(shí)，我們通過廣泛研究（一年前在Qualcomm Research報(bào)告中發(fā)布）發(fā)現(xiàn)，正交頻分復(fù)用（OFDM）體系 — 具體來說包括循環(huán)前綴正交頻分復(fù)用（CP－OFDM）1 和離散傅里葉變換擴(kuò)頻正交頻分復(fù)用（DFT－S OFDM）2 — 是面向5G增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶（eMBB）和更多其他場景的正確選擇。
由于LTE在下行鏈路中使用OFDM并且在上行鏈路中使用DFT－S OFDM，我們的研究表明，上行鏈路支持DFT－S－OFDM和CP OFDM具有優(yōu)勢，基于場景自適應(yīng)切換對于DFT－S OFDM的鏈路預(yù)算和MIMO空間復(fù)用都有好處。最近3GPP NR第14版研究項(xiàng)目同意在eMBB下行鏈路中支持CP－OFDM并且針對eMBB上行鏈路DFT－S－OFDM與CP－OFDM形成互補(bǔ)。
既然今天已經(jīng)在使用OFDM，那你或許會(huì)問“進(jìn)一步創(chuàng)新路在何方？”答案是可擴(kuò)展的OFDM復(fù)頻參數(shù)配置（圖1）。今天，通過OFDM音調(diào)（通常稱為子載波）之間的15 kHz間隔——這幾乎是固定的OFDM參數(shù)配置，LTE支持最多20 MHz的載波帶寬。借助5G NR，我們已推出可擴(kuò)展的OFDM參數(shù)配置，它能支持多種頻譜頻段／類型和部署模式。例如，5G NR必須能夠在有更大信道寬度（例如數(shù)百M(fèi)Hz）的毫米波頻段上工作。我們的設(shè)計(jì)引入能夠隨著信道寬度而擴(kuò)展的OFDM子載波間隔，當(dāng)FFT為更大帶寬擴(kuò)展尺寸的時(shí)候，也不會(huì)增加處理的復(fù)雜性。最近3GPP已在5G NR第14版研究項(xiàng)目中，選定了實(shí)現(xiàn)子載波間隔2n擴(kuò)展的可擴(kuò)展OFDM參數(shù)配置。
可擴(kuò)展OFDM參數(shù)配置
發(fā)明＃2：靈活、動(dòng)態(tài)、自給式TDD子幀設(shè)計(jì)
5G NR設(shè)計(jì)的另一個(gè)關(guān)鍵組件是將支持網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商在相同頻率上高效復(fù)用構(gòu)想的（和無法預(yù)料的）5G服務(wù)的靈活框架。我們針對該5G NR框架設(shè)計(jì)的關(guān)鍵組件是自給式集成子幀。如圖2所示，通過在相同子幀（例如，以TDD下行鏈路為中心的子幀）內(nèi)包含數(shù)據(jù)傳輸和后解碼確認(rèn)來實(shí)現(xiàn)更低延遲。有了5G NR自給式集成子幀，每個(gè)傳輸都是在一個(gè)時(shí)期內(nèi)完成的模塊化事物（例如，下行授權(quán) ＞ 下行數(shù)據(jù) ＞ 保護(hù)時(shí)間 ＞ 上行確認(rèn)）。除更低延遲之外，該模塊化子幀設(shè)計(jì)支持前向兼容性、自適應(yīng)UL／DL配置、先進(jìn)互易天線技術(shù)（例如，基于快速上行探測的下行大規(guī)模MIMO導(dǎo)向）以及通過增加子幀頭（例如，免授權(quán)頻譜的競爭解決頭）支持的其他使用場景 — 讓該項(xiàng)發(fā)明成為滿足許多5G NR需求的關(guān)鍵技術(shù)。
自給式集成子幀設(shè)計(jì)（例如，TDD下行鏈路）
發(fā)明＃3：先進(jìn)、靈活的LDPC信道編碼
連同可擴(kuò)展參數(shù)配置和靈活的5G NR服務(wù)框架，物理層設(shè)計(jì)應(yīng)包括可提供穩(wěn)健性能和靈活性的高效信道編碼方案。盡管Turbo碼一直非常適合3G和4G，但Qualcomm Research已證明，從復(fù)雜性和實(shí)現(xiàn)角度來看，當(dāng)擴(kuò)展到極高吞吐量和更大塊長度（block lengths）時(shí)，低密度奇偶校驗(yàn)碼（LDPC）具有優(yōu)勢，如圖3所示。此外，LDPC編碼已被證明，對于需要一個(gè)高效混合ARQ體系的無線衰落信道來說，它是理想的解決方案。因此，最近3GPP選定先進(jìn)的LDPC作為eMBB數(shù)據(jù)信道編碼方案。
靈活的LDPC碼支持吞吐量擴(kuò)展
發(fā)明＃4：先進(jìn)大規(guī)模MIMO天線技術(shù)
我們的5G設(shè)計(jì)還促進(jìn)MIMO天線技術(shù)發(fā)展。通過智能地使用更多天線，我們可以提升網(wǎng)絡(luò)容量和覆蓋面。即，更多空間數(shù)據(jù)流可以顯著提高頻譜效率（例如，借助多用戶大規(guī)模MIMO），支持每赫茲傳輸更多比特，并且智能波束成形和波束跟蹤可以通過在特定方向聚焦射頻能量來擴(kuò)展基站范圍。
我們已展示5G NR大規(guī)模MIMO技術(shù)將如何在具有3D波束成形能力的基站，利用2D天線陣列開啟6 GHz以下頻譜的更高頻段。借助快速互易TDD大規(guī)模MIMO，我們的測試結(jié)果顯示，面向在3 GHz至5GHz頻段工作的5G NR新部署重用現(xiàn)有宏蜂窩基站是可行的。全新多用戶大規(guī)模MIMO設(shè)計(jì)的這些測試結(jié)果顯示，容量和小區(qū)邊緣用戶吞吐量顯著提升，這對提供更統(tǒng)一的5G移動(dòng)寬帶用戶體驗(yàn)很關(guān)鍵。
我們的5G設(shè)計(jì)不僅面向宏／小型基站部署支持使用3至6 GHz頻段的更高頻率，而且將面向移動(dòng)寬帶開辟24 GHz以上頻段毫米波新機(jī)會(huì)。在這些高頻上可用的充裕頻譜能夠提供將重塑數(shù)據(jù)體驗(yàn)的極致數(shù)據(jù)速度和容量。但是，動(dòng)用毫米波伴隨著一系列自身挑戰(zhàn)。在這些更高頻段上傳輸，遭遇高得多的路徑損失并且容易受阻擋。但正如我們通過廣泛測試Qualcomm Research 5G毫米波原型系統(tǒng)所證明的那樣，參閱圖4，動(dòng)用毫米波頻段的創(chuàng)想不再遙不可及。我們正利用基站和終端中的大量天線單元以及智能波束成形和波束跟蹤算法展示持續(xù)寬帶通信，甚至包括非視距通信和終端移動(dòng)。我們在該領(lǐng)域的早期研發(fā)已帶來首款5G調(diào)制解調(diào)器 — 將支持早期5G毫米波試驗(yàn)和部署的高通驍龍X50 5G調(diào)制解調(diào)器。
Qualcomm Research 5G毫米波原型系統(tǒng)在28 GHz工作
發(fā)明＃5：先進(jìn)頻譜共享技術(shù)
頻譜是移動(dòng)通信最重要的資源，獲得更多頻譜意味著網(wǎng)絡(luò)可以提供更高用戶吞吐量和容量。但是頻譜稀缺，我們必須尋找充分利用現(xiàn)有資源的創(chuàng)新方式。今天，我們正開創(chuàng)頻譜共享技術(shù)，例如LTE－U／LAA、LWA、LSA、CBRS和MulteFire。
5G NR設(shè)計(jì)為原生支持全部頻譜類型，靈活地利用潛在頻譜共享新范式，因幀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)具有前向兼容性。這創(chuàng)造在5G中將頻譜共享提升到新水平的創(chuàng)新機(jī)會(huì)。這些創(chuàng)新將提供更多可用頻譜，但也通過支持可動(dòng)態(tài)適應(yīng)載荷工況的協(xié)作式分層共享機(jī)制提高總體利用率。為了讓其變成現(xiàn)實(shí)，最近我們發(fā)布5G NR頻譜共享原型系統(tǒng)（圖5），推動(dòng)3GPP標(biāo)準(zhǔn)化并支持影響深遠(yuǎn)的試驗(yàn)。
5G NR頻譜共享支持充分利用全部頻譜類型
這僅僅是開始 …
這五大關(guān)鍵發(fā)明僅僅是成為我們5G設(shè)計(jì)一部分的幾項(xiàng)驚人發(fā)明。如果沒有合適的硬件、軟件和固件推動(dòng)，它們將只是紙上概念。我們的5G NR原型系統(tǒng)不僅用作公司5G設(shè)計(jì)的測試平臺(tái)，還是密切跟蹤3GPP標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)度的試驗(yàn)平臺(tái)，支持與領(lǐng)先移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商和基礎(chǔ)設(shè)施廠商開展5G NR試驗(yàn)，例如我們最近宣布與SK電信和愛立信開展試驗(yàn)。這些活動(dòng)對加快大規(guī)模5G商用網(wǎng)絡(luò)部署至關(guān)重要。
