【原创连载】5G关键技术(10月11日174#更新)

本帖最后由 bluie 于 2016-8-19 23:14 编辑

2-2. 自包含子帧 - 2

在3G、4G时代，TDD系统虽然是主流标准之一，但由于TDD频段偏高，网络覆盖较差、运营商投资高，除了中国的特殊国情以外，其他地区主流运营商采用TDD系统独立组网、运营的并不多。

话说到了5G时代，情况不太一样了。首先是新的FDD频率实在太难找了，唯一的可能就是二次数字红利（DD，Digital Dividend）广播业务退出的频段（600MHz），但这个频段涉及到广电清频这种多个行业协调问题，推动缓慢，目前只有美国进入了拍卖阶段。其次，1.8GHz – 2.6GHz之间这段频率基本都处于3G或4G的现网运营状态，何时重耕需要看政府的策略和运营商的商业计划。但是5G需要的频率量之大前所未遇，DD和重耕都不能解决实质问题，更多新频率只能在3.5GHz以上发挥了。从3.5GHz到70GHz，几乎所有的IMT备选频率都是TDD划分。

总结成一句话：5G时代真的要看TDD了。

吸取4G时代TD-LTE的设计经验，结合被广泛看好的Massive MIMO技术，5G时代TDD系统设计主要有两个目标：
1. 更快的系统反馈：为了提供更低的端到端传输时延，5G系统需要更低的RTT （消息往返时间，Round Trip Time）。在TD-LTE帧结构的七种配置中，最快的反馈大约是1ms；如果不幸的配置成了8:1的配置，最慢的系统反馈将是9ms。
2. 更快的信道测量：MIMO在TDD频段使用最大的优点是利用信道互易性，通过测量上行导频获得下行信道部分信息（波束方向）。考虑到毫米波频段的信道快速变化，5G的 TDD系统需要提供更多的上行导频发送时机。

从快速反馈的需求出发，最直接的设计就是同一个子帧里同时包含DL、UL和GP。下图是RAN1 #85会议提案中的示意图。

图（a）是自包含子帧，具备三个特点 ：
·        同一子帧内包含DL、UL和GP
·        同一子帧内包含对DL数据和相应的HARQ反馈
·        同一子帧内传输UL的调度信息和对应的数据信息

考虑到自包含子帧对硬件处理能力的要求很高，低端手机可能不具备相应的硬件能力，提案中也包含了图（b）中的较低要求方案。这种方案中HARQ反馈和调度都有更多的时间余量，对终端硬件的处理能力要求较低。而且，自包含子帧很容易通过信令指示终端支持这种配置。

在Verizon的V5G方案中关注到了MIMO信道测量这个问题。通过在同一个子帧内同时包含DL、UL和GP，利用UL发送RS进行信道测量。但是V5G对HARQ反馈时延要求不高，不必在同一子帧内反馈。

TD-LTE帧结构设计主要考虑了两个问题：当相邻小区UL/DL不能对齐时相邻小区的交叉干扰和GP对于小区覆盖的影响。相比于传统TDD帧结构设计，自包含子帧提供了更大的灵活性，但它是否会面临TD-LTE设计时同样的挑战呢？
·        首先是相邻小区的交叉干扰。如果相邻小区采用不能完全对齐的UL/DL配置，会有一个时间片段存在交叉部分。自包含子帧在设计时考虑了一些措施：首先将DL控制部分完全对齐，避免最重要的控制部分受到干扰；其次在数据部分通过纠错编码、HARQ等技术对抗干扰带来的影响。
·        其次是较小的GP限制了小区覆盖范围。小区的覆盖范围取决于GP的大小，即小区半径R=C（电磁波速度，即光速）* GP/2。但高频率无线电波在空气中传播损耗大，本身覆盖范围有限，相应的GP长度很小。也就是说，这个问题在载频变高后就不再是主要矛盾了。

在5月的南京RAN1会议，自包含子帧的基本设计在E、Q、Z、D几家公司共同的推动下获得了通过。可以预测，自包含子帧对5G物理层的设计会起到支柱性作用，3GPP将以此为基础，结合sub-carrier spacing等参数，尽快完成帧结构设计。