中国移动在2018年巴塞罗那通信展MWC上再次发布了“5G大规模外场测试技术要求(V1.0)”,其中5G基站部分的主要技术指标如下:
(1)天线
天线由192个阵子组成;水平方向必须支持16个独立的阵子;广播波束采用时分固定波束的扫描,支持最大8个固定波束。
(2)射频
支持上下行64个收发通道。
(3)基带
同时支持CU-DU分布架构和CU-DU融合架构。
(4)100MHz带宽小区峰值速率
方向 | 层数 | 小区峰值速率(Gbps) | 单用户峰值速率(Gbps) |
上行 | >=8 | >=0.7@100% | >=0.175@2层&64QAM |
下行 | >=16 | >=4@70% | >=1.3@4层&256QAM |
下面做一个简单的解读
天线
192个阵子按(12,8,2)矩阵的形式排列,即12行8列2极化。结合射频通道数和“水平方向必须支持16个独立的阵子”的要求,逻辑阵列(通道数或射频链路数)应为(4,8,2),即每3个阵子共用一条射频链路(包含放大器、滤波器、ADC/DAC等射频器件)。
(1)关于码本数、层数和通道数
根据36.211,码本数<=层数<=通道数。即,本规范4个通道对应一层(流),即每一层都有4个收发器在工作,这有利于增强覆盖能力。
(2)3D-MIMO
水平波束赋形有16个阵子=8×2,8对相位和幅度权值,水平3dB波瓣宽度略大,技术规范要求不大于15度,最多有8个波束。
垂直波束赋形有24个阵子=12×2,12对相位和幅度权值,垂直3dB波瓣宽度更小,技术规范要求不大于6度,最多有4个波束。
(3)Massive MIMO
Massive MIMO能抑制非相干干扰(如噪声和信道估计误差)提升小区的峰值速率,当用户数增加,且高于天线数量的1/4时,信道硬化的特性将趋向消失。即,同时数传用户数超过48个时,小区峰值速率将趋向饱和。
(4)混合波束赋形
为了降低成本,规范并没有要求采用全数字波束赋形结构,而是采用了混合波束赋形结构。垂直方向上每3个阵子共用一条RF链路,通过模拟波束赋形的方式给阵子提供相应的相位和幅度权值,即先对模拟信号做功分,然后调整3路模拟信号的移相器和放大器实现波束赋形。
速率
(1)空口峰值速率
小区的空口峰值速率与层数、最大调制阶数、载波带宽、载波参数配置u、时隙配置和特殊时隙配置等有关,
峰值速率=每帧可用子帧数×每子帧最大可用RB数×每RB符号数×每符号最大bit数×层数×载波数
对于100MHz载波,配置子载波带宽为30KHz,2.5ms双周期帧结构,特殊时隙配比10:2:2。
方向 | 层数 | MCS | 理论峰值速率(Gbps) | 规范峰值速率(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与DU之间的接口,现阶段将采用eCPRI协议,最新的CPRI选项10的最大速率为24.33Gbps,需要25GE的光模块与其匹配。
采用同上的参数,下行的IR口最大速率与通道数、CPRI采样比特数、载波带宽、子载波带宽等有关,
IR速率= CPRI采样比特数×IQ采样率×(1+CPRI控制字开销)×(1+线路编码开销)×通道数
通道数 | 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载波为例,即使CPRI做了3被压缩,IR带宽仍高达104.86Gbps,因此需要5个CPRI接口。考虑到AAU中已经包含了部分物理层处理功能(BBL,L1分割),CPRI承载的IQ数据速率是eCPRI承载的符号和比特流速率的2.2倍(处理开销10%,IQ两路)。通过物理层的分割将速率下降到了47.66Gbps,即2个25GE的光口就可以满足要求。
基站
基站的形态将发生较大的改变,大概会经历4个阶段,按时间顺序排列。
DU平台 | CU平台 | DU-CU接口 | RU-DU接口 | |
RRU-BBU | 黑盒设备 | -- | CPRI | |
RU-BBU | 黑盒设备 | -- | eCPRI | |
RU-DU-CU | 黑盒设备 | X86 | F1 | eCPRI |
RU可定义DU白盒化 | X86 | X86 | HLS | LLS |
各传统基站设备提供商为保护自身的利益,利用CPRI接口协议的私有性,绑定RRU和BBU拒绝开放,试图延缓或阻止其他设备提供商的进入。但运营商希望引入竞争,降低建网成本,牵头成立了ORAN组织,希望实现无线接入网的接口开放化、硬件白盒化、软件开源化、网络智能化。可以预见黑盒设备平台,如华为5900平台,诺基亚AirScale平台在5G建网初期还会继续得以升级保留,5G正式商用后将逐步被完全白盒化的X86平台所替换。
对于运营商来说,开放的无线网将得到软件智能定义的灵活性,竞争带来的成本降低和更快的创新速度,但也同时将面临网络的碎片化和运维的复杂性。特别是开放的网络,将使未来基站可以像今天的WLAN路由器一样,可以自行购买并独立安装,运营商进一步丧失对网络的控制权,管道入口将彻底失去把控。
总结
在5G建网初期,基站形态暂时不会有很大的改变,但RRU必须全部更换,光模块也从10GE更换为25GE为主,纤芯数量将倍增。
下行要达到20Gbps的峰值速率,至少需要5个100MHz载波进行聚合。上行只有175Mbps,提升速率主要靠增加上行层数。而增加收发射频链路数,提高滤波器带宽,这将对终端的功耗和体积提出极高的挑战。
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