中國移動在2018年巴塞羅那通信展MWC上再次發(fā)布了“5G大規(guī)模外場測試技術要求(V1.0)”,其中5G基站部分的主要技術指標如下:
(1)天線
天線由192個陣子組成;水平方向必須支持16個獨立的陣子;廣播波束采用時分固定波束的掃描,支持最大8個固定波束。
(2)射頻
支持上下行64個收發(fā)通道。
(3)基帶
同時支持CU-DU分布架構(gòu)和CU-DU融合架構(gòu)。
(4)100MHz帶寬小區(qū)峰值速率
方向 | 層數(shù) | 小區(qū)峰值速率(Gbps) | 單用戶峰值速率(Gbps) |
上行 | >=8 | >=0.7@100% | >=0.175@2層&64QAM |
下行 | >=16 | >=4@70% | >=1.3@4層&256QAM |
下面做一個簡單的解讀
天線
192個陣子按(12,8,2)矩陣的形式排列,即12行8列2極化。結(jié)合射頻通道數(shù)和“水平方向必須支持16個獨立的陣子”的要求,邏輯陣列(通道數(shù)或射頻鏈路數(shù))應為(4,8,2),即每3個陣子共用一條射頻鏈路(包含放大器、濾波器、ADC/DAC等射頻器件)。
(1)關于碼本數(shù)、層數(shù)和通道數(shù)
根據(jù)36.211,碼本數(shù)<=層數(shù)<=通道數(shù)。即,本規(guī)范4個通道對應一層(流),即每一層都有4個收發(fā)器在工作,這有利于增強覆蓋能力。
(2)3D-MIMO
水平波束賦形有16個陣子=8×2,8對相位和幅度權(quán)值,水平3dB波瓣寬度略大,技術規(guī)范要求不大于15度,最多有8個波束。
垂直波束賦形有24個陣子=12×2,12對相位和幅度權(quán)值,垂直3dB波瓣寬度更小,技術規(guī)范要求不大于6度,最多有4個波束。
(3)Massive MIMO
Massive MIMO能抑制非相干干擾(如噪聲和信道估計誤差)提升小區(qū)的峰值速率,當用戶數(shù)增加,且高于天線數(shù)量的1/4時,信道硬化的特性將趨向消失。即,同時數(shù)傳用戶數(shù)超過48個時,小區(qū)峰值速率將趨向飽和。
(4)混合波束賦形
為了降低成本,規(guī)范并沒有要求采用全數(shù)字波束賦形結(jié)構(gòu),而是采用了混合波束賦形結(jié)構(gòu)。垂直方向上每3個陣子共用一條RF鏈路,通過模擬波束賦形的方式給陣子提供相應的相位和幅度權(quán)值,即先對模擬信號做功分,然后調(diào)整3路模擬信號的移相器和放大器實現(xiàn)波束賦形。
速率
(1)空口峰值速率
小區(qū)的空口峰值速率與層數(shù)、最大調(diào)制階數(shù)、載波帶寬、載波參數(shù)配置u、時隙配置和特殊時隙配置等有關,
峰值速率=每幀可用子幀數(shù)×每子幀最大可用RB數(shù)×每RB符號數(shù)×每符號最大bit數(shù)×層數(shù)×載波數(shù)
對于100MHz載波,配置子載波帶寬為30KHz,2.5ms雙周期幀結(jié)構(gòu),特殊時隙配比10:2:2。
方向 | 層數(shù) | MCS | 理論峰值速率(Gbps) | 規(guī)范峰值速率(Gbps) |
上行 | 8 | 64QAM | 0.75@100% | >=0.7 |
下行 | 16 | 256QAM | 4.86@70% | >=4 |
(2)IR口峰值速率
IR口指RU與DU之間的接口,現(xiàn)階段將采用eCPRI協(xié)議,最新的CPRI選項10的最大速率為24.33Gbps,需要25GE的光模塊與其匹配。
采用同上的參數(shù),下行的IR口最大速率與通道數(shù)、CPRI采樣比特數(shù)、載波帶寬、子載波帶寬等有關,
IR速率= CPRI采樣比特數(shù)×IQ采樣率×(1+CPRI控制字開銷)×(1+線路編碼開銷)×通道數(shù)
通道數(shù) | 50M | 100M | 200M |
16 | 39.32 | 78.64 | 157.29 |
32 | 78.64 | 157.29 | 314.57 |
64 | 157.29 | 314.57 | 629.15 |
以典型100MHz載波為例,即使CPRI做了3被壓縮,IR帶寬仍高達104.86Gbps,因此需要5個CPRI接口。考慮到AAU中已經(jīng)包含了部分物理層處理功能(BBL,L1分割),CPRI承載的IQ數(shù)據(jù)速率是eCPRI承載的符號和比特流速率的2.2倍(處理開銷10%,IQ兩路)。通過物理層的分割將速率下降到了47.66Gbps,即2個25GE的光口就可以滿足要求。
基站
基站的形態(tài)將發(fā)生較大的改變,大概會經(jīng)歷4個階段,按時間順序排列。
DU平臺 | CU平臺 | DU-CU接口 | RU-DU接口 | |
RRU-BBU | 黑盒設備 | -- | CPRI | |
RU-BBU | 黑盒設備 | -- | eCPRI | |
RU-DU-CU | 黑盒設備 | X86 | F1 | eCPRI |
RU可定義DU白盒化 | X86 | X86 | HLS | LLS |
各傳統(tǒng)基站設備提供商為保護自身的利益,利用CPRI接口協(xié)議的私有性,綁定RRU和BBU拒絕開放,試圖延緩或阻止其他設備提供商的進入。但運營商希望引入競爭,降低建網(wǎng)成本,牽頭成立了ORAN組織,希望實現(xiàn)無線接入網(wǎng)的接口開放化、硬件白盒化、軟件開源化、網(wǎng)絡智能化??梢灶A見黑盒設備平臺,如華為5900平臺,諾基亞AirScale平臺在5G建網(wǎng)初期還會繼續(xù)得以升級保留,5G正式商用后將逐步被完全白盒化的X86平臺所替換。
對于運營商來說,開放的無線網(wǎng)將得到軟件智能定義的靈活性,競爭帶來的成本降低和更快的創(chuàng)新速度,但也同時將面臨網(wǎng)絡的碎片化和運維的復雜性。特別是開放的網(wǎng)絡,將使未來基站可以像今天的WLAN路由器一樣,可以自行購買并獨立安裝,運營商進一步喪失對網(wǎng)絡的控制權(quán),管道入口將徹底失去把控。
總結(jié)
在5G建網(wǎng)初期,基站形態(tài)暫時不會有很大的改變,但RRU必須全部更換,光模塊也從10GE更換為25GE為主,纖芯數(shù)量將倍增。
下行要達到20Gbps的峰值速率,至少需要5個100MHz載波進行聚合。上行只有175Mbps,提升速率主要靠增加上行層數(shù)。而增加收發(fā)射頻鏈路數(shù),提高濾波器帶寬,這將對終端的功耗和體積提出極高的挑戰(zhàn)。