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5.1 TDD+:向5G演进的TDD系列增强技术
3GPP在2016年初启动5G研究,计划将R14和R15当作5G的基础版本,R16作为5G的正式版本。关于5G,参与3GPP的各公司的共识是“5G=LTE演进+新空口”,其中,LTE演进主要在低频段,新空口同时包括低频段和高频段。
考虑到5G商用还有5年,为了实现TD-LTE网络在满足5G商用之前的更多需求(如提升容量和连接数、降低时延等),TD-LTE全球联盟(GTI)提出了TDD+的概念,系列TDD增强技术包括:TDD-FDD载波聚合、动态TDD、全维度 MIMO、三维(3D)波束成形、LTE-Hi和机器类通信(machine type commuication,MTC),GTI将TDD+看成是TD-LTE向5G平滑演进的桥梁。与此相关的5G中TDD优势技术包括大规模多天线、超密集组网、高频段通信、灵活频谱共享和低时延高可靠等,如图1所示。
5.2 5G中TDD优势技术
(1)基于TDD的大规模多天线
大规模多天线应用的一个重要假设是信道具备互易性。否则,要依靠信道测量与反馈的开销将非常巨大,系统设计和实现都变得异常复杂。
FDD系统的频点间相差较远,在实际中,由于频率选择性问题,可能在一个频点上某个方向能量强一些,而在另一个频点上可能是另一个方向能量强。因此,FDD的信道互易性较差。在FDD系统中,基站侧需要针对每个天线发送导频信息,终端侧需要对下行信道测量合成后反馈给基站。因此,FDD需要信道估计和反馈的导频开销将随着天线数的增多而增大。基站上百根天线的导频设计需要耗费大量的时频资源,因此,实际应用中采用基于导频的信道估计方式是不可取的。
TDD有天然的优势,由于在相同的频点发送和接收,只是时间上有区分。在实际中,认为信道是互易的。这样,TDD系统就可以利用信道互易性进行信道估计,不需要额外的开销进行信道估计,只需要终端侧发送导频信息,即开销与天线数量无关。
(2)基于TDD的超密集组网
UDN主要解决热点区域的成百倍系统容量的提升问题,通过高频段实现短距离的高速率通信。超密集组网更适合TDD系统,主要体现在TDD模式的上行和下行灵活配置,更易于满足超密集组网对应的上下行业务不对称需求;TDD模式更易于小蜂窝覆盖和灵活组网;在高频段要获得成对的大带宽频段相对困难,高频段更适合TDD模式的应用。
(3)基于TDD的设备直通和车联网
D2D是指两个对等设备间直接进行通信的方式。传统的蜂窝用户设备(终端)只需在上行具备发送能力及在下行具备接收能力,而D2D要求终端能在上下行的资源上同时具备发送和接收的能力,所以对于终端的能力和复杂度有很大的影响。
对于FDD系统来说,接收D2D信息的终端必须具备在上行频段接收、解调信号的能力,终端的射频和基带都要升级。而对于TDD系统而言,因为上、下行使用相同的频段,接收D2D的终端必须具备在上行时隙接收、解调信号的能力,终端的基带要升级,但射频不需要改动,硬件改动较小。因此,相对于FDD系统,D2D在TDD系统中的应用更有优势。车联网中的主要业务类型是终端之间的广播业务,在终端构成网络的拓扑结构为无线网状结构,不存在统一的中央节点,收发均集中于相同的频段上。因此,D2D和车联网的工作方式,都更接近于蜂窝系统中的TDD模式,TDD技术将成为D2D和车联网中的唯一技术。
(4)基于TDD的高频段通信和动态频谱共享
在高频段要获得成对的大带宽频段相对困难,因此高频段更适合TDD技术的应用。现有的在高频段工作的系统,例如IEEE 802.11ad,都是以TDD模式在工作。
无论是在机会式的空闲频段,还是在免授权频段,甚至是多运营共享使用的特定频段,要找到成对的频段是十分困难的,因此频谱共享技术更适合采用TDD模式。
综上分析,笔者认为TDD将是5G的主要组成部分,特别是5G新空口极可能采用TDD模式。而我国企业从TD-SCDMA到TD-LTE长期在TDD领域积累的技术、标准与产业优势,将得到更大程度的发挥。
6 关于实现我国引领5G的建议
在技术突破、标准制定方面,我国学术界和产业界经过3G和4G近20年的积累,已具备系统创新的能力。但5G的系统要求、设计难度和应用场景复杂度等更高!在系统设计、标准制定上必然将更加复杂和关键!
突破5G核心技术,是取得5G国际标准制定话语权和引领产业的根本。另外,5G的竞争将不仅是通信基础技术的竞争,而且是核心器件等基础产业的全产业链竞争、面向行业应用的新产业生态竞争。
因此,在推动5G发展中,需要特别提升3个能力:系统及标准体系的设计和推动能力;基础产业能力,包括器件、芯片、软件等能力;垂直行业的整合及应用推广能力(如工业互联网、车联网等)。
我国如何才能实现5G引领的战略目标呢?建议采取“发挥优势、引领标准,政策引导、率先示范,突破瓶颈、带动行业”的整体战略。具体描述如下。
(1)发挥优势、引领标准
当前,我国已在从TD-SCDMA到TD-LTE的持续创新中,积累形成了TDD领域(包括多天线多流波束成形技术等)在全球的技术与产业优势。而且依据5G的整体特点,TDD将会在5G中发挥更大的作用,大规模多天线等具有TDD应用优势的关键技术将成为5G标志性技术。建议要立足发挥TDD技术优势,确保实现对5G标准的引领。
(2)政策引导、率先示范
我国应尽早发布对国际有影响力和引导作用的产业政策,尽早为5G发布丰富优质的频谱资源。加快推进研发、标准化和产业化等进度,率先启动关键技术实验,保证技术的先进性和完整性,提升国际影响力和标准话语权。
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