任何一项无线技术的诞生都离不开四个环节:技术研发、产品生产、实际测试、规模商用。四个步骤环环相扣、缺一不可,只有在每个阶段都扎扎实实地打好基础,才能最终促成无线技术的成功商用。
在上述四个环节中,最值得一提又最容易被人们忽视的就是实际测试。说它容易被忽视,是因为这一环节主要用来验证此前阶段研发成果的性能,并不产生任何突破性的技术产品;而这一阶段值得一提,则是因为它是连接研发生产和业务商用之间的桥梁,只有通过严苛条件测试的产品才可以放心地投入商用。正因为如此,过去许多无线产品的研发商用都曾经历过测试的瓶颈。
目前,全球4G部署走向成熟,5G研发大幕已经开启。今年6月份,国际电联正式确定了5G名称和愿景,全球各大组织、运营商和设备商已经紧锣密鼓地展开了5G研发工作。根据ITU的计划,2017年将征集5G候选技术,2020年5G正式投入商用。如今所剩时间窗口已经不多,在这个5G技术研发的关键阶段,做好相关测试工作、促进5G技术日臻完善、为5G正式商用做好准备,就显得愈加重要。
作为无线通信技术的领导者,爱立信在5G无线测试方面走在了全球前列。在2015年2月份举行的全球移动通信大会上,爱立信就在现场搭建了世界上第一台5G设备——5G无线测试床,演示全新5G空口的新能力,实时展示5Gbps的无线传输速率、全球首个5G/LTE双连接(5G-LTEDualConnectivity)和5G多点连接(5GMultipointConnectivity);而在2015年9月份召开的2015年中国国际信息通信展览会上,爱立信更是通过远程实时连线的方式,展示斯德哥尔摩的外场5G路测演示,把中国的观众带到千里之外的世界另一端去感受5G网络的巨大潜力。
5G路测,重要性和复杂度并存
在讲述爱立信5G无线测试床实际路测案例之前,先来了解一下5G路测的重要性和复杂度。
与4G相比,5G在技术性能上有大幅度的提升,包括网络流量将会增加1000倍、需要连接的设备将会增加100倍、有些应用程序要求的速率将是现有网络平均速率的100倍、延迟接近于零、整个系统的电池寿命将达到10年。这些与4G相比都是革命式、飞跃式的改变,仅仅在实验室环境是无法保证技术的实际可用性的。
通过无线测试床进行外场测试,探索5G端到端新技术在测试网无线环境中的性能表现,可以收集到大量宝贵数据,为实现技术的不断创新打下坚实基础。同时,通过测试床,研究人员除了可以证明概念、验证标准外,还可以测试产品的互联互通性,确保不同代际、不同厂家之间5G产品的互通性。
此外,与4G相比,5G的使用场景也变得多样化和复杂化。5G将前所未有地支持多种数据速率,从Kbps级的低速业务到10Gbps的数据业务均可在5G网络上实现,使得移动通信超越人与人通信的范畴,全面进入万物互联的领域。而根据ITU对5G愿景的展望,未来的5G将主要应用在三个场景:一是移动宽带,二是大规模机器通信,三是高可靠低时延通信。上述三大场景在速率、容量、覆盖率等方面分别具有不同的要求,如果不通过搭建具体应用环境、进行实际测试,是无法了解和满足每种场景的特殊需求的。
通过无线测试床进行外场测试,可以搭建特殊的应用场景,涵盖5G无线、回传、核心网等,并与垂直行业进行连接,充分了解每种场景的特殊需求,同时在测试中了解可能发生的特殊情况,为完善技术创新打下技术。此外,随着5G技术研发的不断深入,测试床也会不断完善和升级,未来出现的全新应用和业务也能够在测试床进行部署和测试。
爱立信无线测试床进展迅猛
在5G技术研发方面一路领先的爱立信,在5G实际路测方面也走在了全球前列,2015年以来,爱立信在5G无线测试床方面取得了如下进展。
1.在2015全球移动通信大会上展示5G无线测试床,该测试床工作在15GHz的高频段上,爱立信展示了业内最高的5Gbps无线传输速率,以及示全球首个5G/LTE双连接和5G多点连接。
图1爱立信在2015全球移动通信大会上搭建的5G无线测试床
2.2015年5月,韩国电信携手爱立信,宣布在自己的研发中心着手搭建一个5G室内外测试床。爱立信还与韩国电信利用安装在移动交通工具上的5G移动设备,成功展示了采用5G分布式多输入多输出的多点连接技术。
3.在2015年中国国际信息通信展览会上,爱立信通过远程实时连线的方式,展示斯德哥尔摩外场5G路测演示,演示内容包括全新5G空口的新能力,如可靠性、性能和频谱利用率等,以及分布式多输入多输出多点连接技术和5G/LTE双连接。为此专门开发的5G可移动终端测试车在5G和4G现网环境中行驶,完成over-the-air的连接,展现5G网络的强大力量。
图2爱立信在瑞典斯德哥尔摩的外场测试环境
4.2015年底,爱立信推出5G无线测试床的第二阶段产品,可支持运营商最早于开展5G现网外场测试。该原型包括多用户MIMO(MU-MIMO)和波束赋形等技术,运营商可将其部署在现网室内外网络环境和多个站点中。该原型机整合了基于云的网络切片,为用户、企业及广泛的工业物联网应用提供敏捷性和差异化服务。其室外无线设计在紧凑式抱杆或壁挂式外观内整合了64个无线信道和128个天线元件。日本移动运营商NTTDOCOMO公司目前正在使用5G无线测试床,并将利用5G无线原型进行外场测试。
爱立信新的5G无线原型明显小于爱立信5G无线测试床,尽管添加了新技术,外观也非常紧凑、易于部署,类似于随身携带的手提箱,重量约为40磅(约18千克)
爱立信一直引领并推动着5G标准的制定,从目前的探索性研究和标准制定前的外场测试,一直到与有影响力的标准组织和行业伙伴进行标准化活动。借助爱立信5G无线原型和基于云的网络切片等重大技术突破,爱立信与其运营商客户将成为下一代网络技术的关键定义者,并最终实现商业化。
图3 爱立信5G无线原型将高性能5G功能封装在可随身携带的外观中
5G技术将影响整个移动网络及相关的生态体系,包括从终端设备到无线接入、IP核心网、云计算都会受到影响。从无线接入的角度来看,5G将包括现有LTE技术的演进,并将增加新的无线接入技术,通常在更高的频率上实现接入。不同频段、技术标准和网络层的紧密互联互通对于确保数十亿设备、机器和事物的无缝连接,以及支撑用户、商业和工业应用至关重要。
爱立信5G无线测试床是技术创新与实现的完美体现,反映了爱立信对领导5G技术发展的承诺,通过测试床,爱立信验证了诸多全新的5G空口能力,突破了移动性为社会带来变革的极限。
5G里程碑技术
除了测试床本身外,爱立信在路测中所验证的诸多技术也是5G领域创新的代表,其中5G多点连接和5G/LTE双连接被视为5G道路上的里程碑技术。尽管目前5G标准尚未创建,且要到2020年左右才能实现商用,但爱立信已经展示了5G的特色技术,这些技术对于5G的规模普及至关重要。
1.5G多点连接技术
5G将带给我们无限机遇,但我们也面临着巨大挑战,例如移动宽带业务、支持物联网的海量连接、众多个人定制4K高清视频业务同时在线、对时延和可靠性要求极其敏感的工业互联网的应用等。对于这些应用场景而言,稳定的网络连接是实现它们的基本保证,而连接的稳定性需要在各个层面进行技术革新与优化。
5G多点连接方案结合多天线技术,即分布式多输入多输出技术(MIMO),让5G移动设备并行连接多个5G基站,通过多个下行数据流提高比特率性能,同时提高信号强度和弹性,改善用户体验的同时兼顾整网频谱效率,是支持宏蜂窝和小蜂窝覆盖等多层网络的关键。
5G多点连接技术在控制移动设备与网络交互作用的过程中涉及非常复杂的信号传输方法,超出了当前LTE标准的范围。因此,除了LTE技术将逐步演进为未来5G网络的组成部分,5G还将包括连接设备和网络的创新空口。
2.5G/LTE双连接技术
5G/LTE双连接是指5G移动设备在LTE和5G无线接入网覆盖区域之间移动,与这两张网络建立并行连接,然后再进行网络无缝切换。5G/LTE双连接将支持5G网络为终端设备和无线接入网提供多标准和多频段支持。
爱立信之所以强调LTE与5G双连接的重要性,是因为从2009年瑞典运营商Telia宣布开通全球第一张LTE网络以来,目前LTE已经商用了6年时间,如今全球几乎所有的运营商都在加快LTE网络建设,到2020年5G商用之时LTE将更进一步成熟,而5G在初期无法做到广域网的连续覆盖,必定需要LTE网络作为补充,因此LTE网络与5G协同组网必将大量存在。
5G/LTE双连接作为4G向5G的过渡技术,必将成为移动通信迈向5G的重要里程碑技术。5G测试网与LTE现网重叠覆盖,将帮助业界探索现网向5G网络的平滑演进之路。爱立信无线测试床搭建的测试环境,将帮助业界了解演进过程中的问题并予以解决。爱立信预计,5G/LTE双连接技术将于2020年得到商用。
5G新空口能力
在几次5G测试床的测试中,爱立信还在5G外场试验网支持了一系列5G新技术,包括可以支持5Gbps峰值速率的在15GHz高频下的5G空口设计。
事实上,早在2014年7月,爱立信就在无线环境下实时演示了5G准标准技术,采用创新型无线接口和高级MIMO技术,在15GHz频谱上实现了5Gbps的吞吐速率。这意味着,5G技术所带来的网络性能将有力应对不断增长的移动数据需求,更能够支持新一代机对机应用。
以上速率在15GHz频谱上实现,是全新的5G空口能力。爱立信之所以强调并重点测试5G新空口能力,是因为尽管5G空口技术路线可由5G新空口和4G演进两部分组成,但是受现有4G技术框架的约束,大规模天线、超密集组网等增强技术的潜力难以完全发挥,全频谱接入、部分新型多址等先进技术难以在现有技术框架下使用,4G演进路线无法满足5G极致性能的需求。因此,5G需要突破后向兼容的限制,设计全新的空口,充分挖掘各种先进技术的潜力,以全面满足5G性能和效率指标要求,新空口将是5G主要的演进方向,4G演进将是有效补充。
爱立信在无线接入、网络架构、云计算以及对各项垂直行业的跨界支持等高尖端领域持续探索和研究。除了上述技术外,还有诸多跨界的创新技术在5G试验网上进行验证,例如引起巨大轰动的5G虚拟远程控制挖掘机技术、5G挖矿技术、5G机器人技术,以及虚拟远程智能巴士原型机等。
图4爱立信基于5G的移动网络远程控制挖掘机演示
5G将是涵盖无线接入、IP核心网和云,以及连接智能交通、智能制造、智慧家庭等众多方面的新型生态系统,将为更强大的移动宽带通信、新领域物联网提供强有力的支持与保障。随着5G的到来,海量数据、海量连接、超低迟延和超高可靠等都不再遥远。