Pre5G：构建通往5G的桥梁.pdf

Pre5G构建通往5G的桥梁CONTENTSPre5G 方案概述Giga+ MBB Massive IoTCloudizationPre5G 部署策略Pre5G 产业发展Giga+ 移动宽带体验 物联网市场预测及要求云化趋势与价值Giga+ 关键技术010303040808NB-IoT 091111云化的步骤 11Cloud Works 1213151Pre5G 方案概述移动互联网引爆了用户对无线带宽的海量需求，我们正在步入一个前所未有的新时代，一个面向移动、万物互联、全面跨界融合的巨变时代。当物联网、虚拟现实、智能制造、网络云化逐步成为行业热点，5G离我们已经不再遥远。然而，5G尚处于标准化和技术研发阶段，距离2020年正式商用还有约5年的时间，移动宽带业务的爆发式增长，对无线网络的各方面的需求一刻也未停止，如何解决现有4G网络的能力、性能逐渐成为瓶颈的实际问题？2014年6月在荷兰举办的LTE World Summit上，中兴通讯首次提出Pre5G理念和一揽子解决方案，包含3GPP新定义的LTE-A Pro相关技术以及5G相关技术。Pre5G给人们展示了4G网络演进的前景，它填补了在5G商用前近5年的时间空白，构筑了4G网络通往5G未来世界的桥梁。Pre5G并不是一个全新的无线网络技术，也不是对现有网络的全新改造，它的内涵和价值体现在演进、兼容和成本效益：中兴通讯充分理解现有4G网络性能与未来几年业务发展需要的差距，理解运营商的痛点和诉求，有针对性的提出了Pre5G网络性能指标并和4G、5G参照对比。Pre5G 方案内涵：演进，兼容，成本效益Pre5G 性能指标Pre5G是基于现有的4G网络上的平滑演进，从而降低成本并快速部署，体现很高的成本效益； Pre5G将部分5G技术提前商用，让用户感受到类似5G的体验； Pre5G兼容4G终端，用户可以在不更换终端的情况下体验Pre5G的高性能，运营商也可以快速发展用户和业务； Pre5G聚焦于解决高话务地区、高端用户、高速率业务的需求，因此是有针对性的局部部署，不需要太大的投资。(1)(2)(3)(4)Peak Data Rate (Mbps)User Data Rate (Mbps)Connection(X1000)Spectrum EciencyLatency (ms)4G 1000 10 (2-30) 1 1X 50Pre5G 1,000 50 100 3-6X 105G 10,000 100 1,000 3-6X 101表 1 Pre5G关键性能及对比02作为从4G向5G演进的一个阶段性技术集合，Pre5G涵盖了3GPP标准提出的LTE-A Pro系列技术、5G系列技术和其他技术，按照价值呈现的分类如下：Pre5G 分类和关键技术Giga+ MBB: Massive MIMO, Massive CA, Pre UDN, 256QAM, LAA, LWA;Massive IoT: NB-IoT;Cloudization: Cloud Works, Cloud RAN;(1)(2)(3)Giga+ MBBMassive IoT Cloudization图 1 Pre5G技术系列2 Giga+ MBB超宽带的体验永远是用户的最大追求，Pre5G把移动宽带的用户体验提升到了Giga+水平。 Giga+ MBB用户体验主要解决两个方面的问题： 我们知道在密集城区例如CBD、城市广场、商业中心、车站、体育场馆等，大量的人员密集的在使用移动宽带业务（统计显示每平方公里约10000移动宽带用户在线），并且这些密集城区高楼林立，且参差不齐，网络覆盖环境复杂。Pre5G针对这些热点区域，提出了多天线及3D波束赋型（Massive MIMO）、密集组网（PreUDN）、多载波集合（Massive CA）、高阶调制256QAM等技术方案。超高速业务包括超高清移动视频、超高清在线游戏、移动虚拟现实 VR。例如高清移动视频，当前阶段移动视频普遍在 720P 或 1080P 清晰度等级，对无线网络的带宽需求约 2-4M 的水平，目前的LTE 网络勉强可以支撑。但是随着 2K/4K 高清视频的需求越来越强烈，对无线网络的带宽需求超过10M 甚至要达到 30M 以上水平，则当前的 4G 网络无法达到。Pre5G 针对性提出用户平均速率50M 的目标，并提出了针对性的实现单用户高速率的解决方案和技术如 Massive MIMO、Massive CA、LAA、LWA 等。 解决热点地区高话务问题Giga+ 移动宽带体验解决超高速业务需求03图 2 高话务区域场景图 3 典型高速率移动业务Massive MIMOMassive MIMO采用大规模阵列天线技术，利用多天线空分复用技术成倍地提升频谱效率（比传统4G基站频谱效率提升3到6倍），增强网络覆盖和容量。 Massive MIMO使用的天线数超过100个，可以在系统和终端间传输多达16个独立的数据流。 另一方面，Massive MIMO采用了3D波束赋型，可以提供更深更宽的覆盖，尤其适用于对超高建筑室内覆盖。Pre5G的Massive MIMO没有改变空口，因此可以兼容现有的4G终端。在2015年，中兴通讯与中国移动合作在广州进行了Massive MIMO的预商用外场测试，在20M频谱带宽的情况下峰值吞吐量达到了280M，同样商用网络下的传统TDD基站（8T8R）峰值吞吐是68M，频谱效率提升了4.1倍。另外Massive MIMO也在日本一流运营商进行了外场测试，性能优异。2016年，中兴通讯将把Massive MIMO推向正式商用，并不断提升产品性能。Giga+ 关键技术CA 是提升小区吞吐量的重要手段，Massive CA 主要指 5 载波以上的载波聚合，按照 3GPP 的规定最大可以 32 载波聚合，由于频谱资源限制，Massive CA 往往是在 FDD 和 TDD 混合的载波聚合。CA 因为超高的交互数据流和低时延要求，一般是要求聚合的几个载波是共站的。而中兴通讯基于 C-RAN 架构的 Massive CA 方案，可以解决不同站点间载波聚合的应用，这样使得Massive CA 能够容易的应用到多种覆盖场景。 2016 年在巴塞罗那 MWC 上，中兴通讯现场演示了 5 载波聚合，同时利用 FDD 和 TDD 共 5 个20M 载波加上 4*4MIMO，实现了 1.31Gbps 的峰值速率。 Massive CA043D beamformingVerticalHorizontal 2D antenna arrays图 4 Massive MIMO方案图05尽管UDN(超密集组网)是5G提出的技术，但是中兴通讯提前在Pre5G阶段来实现，并命名为Pre UDN。Pre UDN通过在热点区域密集的部署站点来解决高话务问题，同时为了解决密集组网带来的干扰、移动切换、站点协同等问题，创新性的提出了D-MIMO（分布式MIMO技术）、small cell on/off等技术。PreUDN相对于64QAM每个符号6bits的调制效率，256QAM每个符号达到8bits，因此可以提升33%的峰值速率。但是256QAM应用的网络覆盖环境要求比较高，要求较高的SINR信道环境，较低的EVM和较低的用户移动速度，因此主要适用于室内覆盖场景。 中兴已经在2016年Q1完成了256QAM预商用测试，预计在2016下半年完成商用。256QAM由于授权的 LTE 频谱资源有限并且牌照价格昂贵，同时随着移动宽带需求的不断增大，大部分运营商现有的频谱资源难于满足高带宽需求，因此非授权频谱的应用逐渐被电信行业关注并推动应用。非授权频谱的应用有两大技术，分别是 LAA(Licensed Assisted Access) 和 LWA（LTE WLAN Aggregation）。LAA/LWA图 5 Massive CA演示06100M500MTDD20M, 8T8RMassive MIMO 20M, 64T64RMassive MIMO+ 2CC CA2*20M, 64T64RMassive MIMO+ 2CC CA+256QAM1.0G1.5G600M1.2G1.21.5GLAA 和 LWA 都能够明显的提升无线网络接入能力，相对来讲因为 LTE 技术的优势 LAA 比 LWA能提供更好的性能，但是如果运营商有现成的 WLAN 网络的情况下，LWA 无疑是更低成本的选择。中兴的 Qcell 产品支持 LAA 和 LWA 功能，运营商可以灵活选择应用其中一种。Pre5G 的宽带技术不仅可以独立部署也可以进行组合部署从而达到更高的网络性能，例如可以将Massive MIMO 和 256QAM、CA 同时部署在基站中，从而达到 1Gbps+ 的峰值体验。多技术组合应用实现 Giga+宽带体验LAA：LAA将LTE同时应用到非授权频谱（主要是5.8G频谱），与授权的LTE频谱进行汇聚，从而提升接入能力给用户更好的网络体验。前期将以SDL模式为主要应用以解决更为突出和急迫的下行容量不足的问题。根据仿真测算，在20M 授权频谱+2*20M 非授权频谱进行载波聚合下，峰值吞吐可以达到3倍，因此对于运营商是一种非常高性价比的方案。 LWA：LWA是在非授权频谱上采用WiFi技术，与授权的LTE频谱进行汇聚。早期，非授权频谱WiFi接入主要体现为WLAN offload模式，在真正的LWA阶段（3GPP R13），WiFi接入数据将在基站侧与LTE数据进行汇聚，甚至基站设备集成WiFi AP接入功能。(1)(2)图 6 多技术组合提升网络性能07现有的移动接入网络可以很好地服务于语音通信和MBB应用，当它们被用来处理低数据速率的海量，成本敏感，电池供电的物联网终端时，就显得昂贵和低效。低功率广域(LPWA)物联网市场的主要需求是： 更广更深的网络覆盖，包括地下室和建筑物的角落；海量的连接，每个站点超过50,000连接；低成本，不到5美金的物联网通信模块；低能耗，物联网设备用两节AA电池也可以连续工作5到10年；3 Massive IoT近年来，我们目睹了物联网在多个垂直行业的快速增长。Machina Research 预测整个物联网的收入机会，将会从 2015 年的 8,920 亿 USD 上升到 2025 年的 40,000 亿 USD，其中低功耗广域（LPWA）物联网的市场规模到 2020 年将达到 5,890 亿 USD，占整个物联网市场的 47%。新兴的物联网市场将为移动运营商创造大量的商机，并成为未来十年的一个重要收入来源。物联网市场预测及要求汽 车 零 售能源与公用事业健康医疗 生产制造公共交通服务 运输和物流银行/财务/保险图 7 物联网应用场景08