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5G很快淘汰4G:没那么简单,OFDM调制是黑手

发布时间:2020-06-05 发布时间:
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随着运营商开始部署5G,行业组织3GPP正在考虑以其它的方式来调制5G的无线电信号。

Power Players:随着运营商开始推出5G,一些专家称业界应该为5G服务选择一种更有效的调试方式。

2017年,移动通信行业组织3GPP的成员们争论是否应该加快以及如何推进5G标准的发展。最初由沃达丰提出的一项提案最终赢得了组织内其它成员的同意,该提案承诺同时在多个方面开发5G技术,以此加快5G网络的部署实施。

采纳这项提议可能也意味着对某些决策的推动,其中之一就是如何对5G网络的无线信号进行编码。为5G奠定基础的3GPP第15版最终选定了正交频分复用(OFDM)作为编码选项,这是从4G衍生下来的一种编码方案。

但是,预计今年年底就会出路的3GPP第16版将包括一个研究小组探索替代性编码标准的成果。要知道,无线标准的更新乃是常事,在下一代5G版本中,业界可能会解决OFDM在5G设备和基站中消耗太多功率的问题。不同的编码方案对应不同的功耗,这可不是一个小问题,因为为了连接数十亿移动终端和物联网设备,5G需要部署更多的基站提供移动通信服务。

“我觉得运营商并没有真正了解无线信号编码标准对手机的影响,以及它对电池寿命的影响。”美国国家仪器公司射频和软件定义无线电研究营销总监詹姆斯·基梅里说。“5G的超高速是有代价的,其代价就是电池消耗。”

基梅里指出,功耗问题并不仅仅局限于5G手机,他表示,中国移动“一直非常关注其基站的功耗问题”。按照一般的预计,单个5G基站消耗的功率大约是4G基站的三倍左右,此外,为了达到和4G相同的区域覆盖,需要部署更多的5G基站。

5G虽好,但是怎么就那么耗电呢?在这里,OFDM是一个不容小觑的罪魁祸首。在OFDM这种方案中,它把数据斩波成多个分段,然后在不同的频段上同时发送这些分段,使得这些分段彼此“正交”,即分段之间不会相互干扰。

其代价就是OFDM方案具有较高的峰值平均功率比(PAPR)。之所以如此,是因为OFDM信号中的正交分量信号需要成建制地消耗很大的能量,一方面,为了防止被其它分量信号抵消掉,每个频段上的接收器需要消耗大量能量,同时为了防止抵消掉其它分量的信号,每个频段上的发射器也将消耗大量的能量。这种实现方式导致OFDM的PAPR值较高,能效不及其它方案。

中兴通讯公司负责无线标准的首席工程师袁表示,对5G的某些新兴应用来说,高PAPR值很不可取。袁同时是3GPP中研究非正交多址接入可能性的研究小组成员,他指出对于大规模的设备间通信,比如大规模的物联网部署,OFDM的高功耗特性是个很大的障碍。

通常情况下,当多个设备(比如物联网设备群组)使用OFDM方式进行通信时,它们将使用正交频分多址(OFDMA)进行组织,每个设备分配一段独立的频谱,在各自的信道内通信。在这里要特别指出的是,OFDM是指单台设备中信号的编码方式,而OFDMA是为了确保设备群组内各个设备之间的信号不会相互干扰的一种方案。对于OFMDA来说,当建立大型物联网网络时,为每个设备分配不同频谱使用所带来的管理工作将随着节点的加入而迅速增加,最终将导致失控。3GPP第15版中之所以为5G连接的设备间通信建立了OFDMA的方案,主要是因为在4G时代就是这么用的,而在4G时代,物联网规模较小。

袁所在的小组正在研究一种有望替代OFDMA的非正交多址(NOMA)方案,它既具备OFDM的优势,又可以让多个设备共用同一个频段。

袁认为,目前来看,OFDM和OFDMA能够满足5G早期的需求。他表示,5G将首先被智能手机使用,大规模机器间通信等应用将在3GPP第16版(目前预计将于2019年12月完成)完成后至少一到两年后才会爆发。

不过,如果移动网络运营商们想要更新它们的设备以提供NOMA能力,很可能会需要花费一笔客观的成本。“NOMA当然不是免费的,”袁说。“特别是对于基站来说,成本就不容忽视。”为了支持NOMA,基站至少需要更新软件,同时可能需要替换更先进的接收器、更强处理能力的控制器,或者进行其它硬件升级。

但是,基梅里等一些人对移动行业采用任何非OFDMA方案并不乐观。“有可能会有比OFDMA更好的选择,”他说,“但是替换的概率并不是很大。因为之前已经大规模实施了OFDMA,这种格局很难改变。”


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