频谱是无线通信最为宝贵的资源,无线技术发展至今,频谱利用率已经遇到技术瓶颈。面对流量飞速增长的现状,频谱利用率紧张成为亟待解决的难题。
形象的讲,通信技术的升级换代本质上类似于要提升高速公路(即通信管道)的流量--即单位时间内通过更多的车辆(数据),想要做到这一点有几种方法:一是对高速公路进行扩建,例如将两车道的高速扩建成八车道,或是将原来两车道的高速公路修建成上下两层的立体车道。将这个例子对应到通信领域,扩建就相当于重新部署新设备、铺设新网络,成本极高。二是修改汽车,让汽车变小,或是将汽车的最高时速提高,从而让单位时间内能够通过更多的汽车。对应到通信领域,该办法对应的是修改手机终端,让手机能够接受更多的数据。但由于现有的手机终端的基本架构已经成型,很难去大改,因此这种方案也不可行。与此同时,一步手机卖出去需要使用多年,且5G标准与配套的手机芯片都还没有面世,这种办法也不可行。
在这种情况下,中兴通讯率先推出了空分复用技术--也就是在不扩建高速公路(通信网络),也不修改汽车(移动终端)的情况下提升流量。
空分复用技术是唯一能够实现频谱效率数倍提升的技术
为了解决频谱问题,业界普遍的看法是,提升频谱效率是关键:也就是挖潜,看看有什么样的技术能够使频谱效率进一步提升。由于3G、4G通信系统已经工作于噪声极限和单链路香农极限,理论上不存在大幅提升的可能性。3G的码分多址技术,也能够实现“同时、同频、同空间”的多路通信,但是码分多址采用正交码区分用户,多个正交码之间形成一个自干扰系统,这样为了满足正交条件,所有用户都必须降低传输速率,理论上如果N个用户同时通信,则每个用户最多用1/N的速率通信,因此码分多址不能提升极限频谱效率,其理论极限与时分复用是一样的。而空分复用在多个用户同时通信的情况下,各个用户不需要降低速率,这样就成倍提升了频谱效率。
空分复用SDMA(Space Division Multiple Access)技术,即通过自适应天线阵列将空间分割,在不同的方向上形成不同的波束,每个波束可提供一个无其他用户干扰的唯一信道,进而让同一频段在不同的空间内得以重复利用。这就像是在高速公路上看到其他的车,他在跑我也在跑,并且我们还在同一条车道上,但是对方就像空气一样,互不影响。
“空分复用技术是唯一能够实现频谱效率数倍提升的技术。因为它可以使系统在同一时间、同一频段、同一宏观物理空间上进行多路通信而且互不干扰,让有限的频谱资源得到最大化的利用。”中兴通讯首席科学家向际鹰博士表示。“空分复用SDMA(Space Division Multiple Access)技术,即通过自适应天线阵列将空间分割,在不同的方向上形成不同的波束,每个波束可提供一个无其他用户干扰的唯一信道,进而让同一频段在不同的空间内得以重复利用。这就像是在高速公路上看到其他的车,并且很多车在同一条车道上,但是对方就像空气一样,互不影响。也就是在不扩建高速公路(通信网络),也不修改汽车(移动终端)的情况下提升流量。”
目前,空分复用技术已经成为被业界广泛认可的一种趋势。
2013年,中兴通讯开始研究空分复用技术,是最早从事空分复用技术研发的公司。如今,中兴通讯成功将该技术应用到TDD和FDD网络中,并且逐渐将自己的先发优势发展成了全面优势。
中兴的5G技术:从率先起步到解决业界难题
按照国际通信组织与政府机构的规划,5G通信技术将在2020年左右正式实现商用。而现实中一个尴尬的问题则在于许多地区的4G网络还正在铺设之中,到了2020年,很多地区可能刚刚将4G网络铺设完毕。这就为通讯设备商们提出了新的挑战。
5G网络建设并不是一蹴而就,面对流量飞速增长的现状,运营商不会坐等,而是不断对现网升级,让网络逐渐演进。