5G通信技术解读｜小基站里的大作为-微众圈
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5G通信技术解读｜小基站里的大作为
摘自公众号：发布时间： 3:20:39
雷锋网按：本文作者陈迟晓博士，美国华盛顿大学博士后研究员，矽说（微信号：silicon_talks）主笔。
与3G、4G相比，5G的新兴技术主要是毫米波与波束成形。此外，在载波聚合、多天线输入输出（MIMO，Multiple Input Multiple Output）等4G技术上有了新的演进。那么，其对集成电路设计带来了怎样的挑战呢？今天，我们就来预测一下5G挑战下，集成电路的新趋势――小基站。 某天，在我家对面的中电信服务点上竖起了一个不高不低的铁架子，上面有两个金属盒子，还有两根高高竖起的天线。然而在时常进行广场舞聚会的小区女性同胞们的反对下，几天之后，中电信就只能乖乖的把那个铁架子给撤了。 笔者无法告诉大家基站会不会产生辐射，但是大家真的以为移动运营商会把基站撤走么？如果撤了，那你手机的信号格数应该就是最低的那一档了吧。 在摩尔定律的发展最直接的变化就把巨无霸变成袖珍丸。请看以下今天的基站长什么样： 你以为的基站Vs.基站实际的样子。 很多人会问一个问题，右边那张图不是路灯么？这就是小基站！可以伪装在路灯、公交车站牌和任何不起眼角落的变色龙。 随着集成电路的发展，终端芯片的SoC渐渐走到了穷途末路，而基站芯片的SoC却正在澎湃发展。由此，小基站在4G时期成为了对抗广场舞大妈抗议的重要技术手段。 | 问题来了，5G下，微基站会更有意义么？
目前，限制小基站的主要是天线尺寸的大小。一般要求天线的尺寸与电磁波波长在同一个数量级，而电磁波波长就是光速除以频率。3G/4G的载波波长在分米级，小基站的天线长度也差不多。但是在5G下，载波波长变成了毫米级（这也是之所以叫"毫米波"的原因）。所以天线可以做得更小，做得更多（实现波束成形和Massive MIMO）。 小基站（Small Cell）的体积和称呼从Micro Cell（微基站）、Nano Cell（纳基站）、Pico Cell（皮基站）已经进化到Femto Cell（飞基站）。它们的主要应用场景在人口密集区、覆盖大基站无法触及的末梢通信。特别是完成号称100Mbps-1GMbps的5G通信。小基站让你工作闲暇之余，在一分钟内下完一集高清《权利的游戏》成为了可能。未来，可以预期的是其会像你家的路由器一样小，藏在CBD和大型Shopping Mall的角角落落。 微、纳、皮、飞……数学定义表 小基站的实现，除了摩尔定律带来的高歌猛进外，还有很多智慧的硅工付出的辛劳努力。比如――非线性功放的数字预畸变（Digital Pre-distortion for Nonlinear Power amplifier）。 小基站不仅在规模上要远远小于大基站，在功耗上也是必然指数式下降，毕竟占的是220V的市电。随着集成电路的演进，虽然计算功耗不断降低，但射频发射机信号的发射功率没有太大变化，毕竟这是由协议灵敏度决定。在大基站里，我们可以用非硅的工艺实现高线性度功放，反正功耗不Care。但是在理想的小基站里，PA也是做成SoC的。CMOS工艺的功放在线性工作范围的低效率闻名遐迩，在大功率的输出下功率即将饱和。预期单纯地被限制在线性区是“坐井观天”。
于是天才型硅工就提出从在数字域寻找非线性PA的反函数，然后输出一个非线性的数字控制码。两者叠加，就有了一个线性的高效率输出。 然后，这个问题的解法又再一次地普及到频域，当宽带功放在带内的传递函数有波动时，也在数字域寻找其波动的逆函数，给出带有频率选通特性的调制结果，然后一叠加，又能看到幅度一致的EMV mask了。 带有数字预畸变的发射系统 这一思想的核心，就是把不随摩尔定律变化的射频功耗等转化为跟着摩尔定律走的数字计算功耗，所谓As much digital as possible。 在各式各样的努力下，5G小基站变成了Pokemon Go中小精灵般散落在人间。于是新的问题就出现了，那么多小基站，万一被踩一脚挂了怎么办？况且其灵活性体现在其自由方便可配置上，如果动不动就要打电话给运营商派辆车过来，是否还合适呢？ 答案显然是否定的。 最后，我们要来介绍小基站实现中的另一个机制――自组网（Self Organizing Network，SON）。为了更好、更方便地对具有灵活性的小基站群进行配置、优化和修复，自适应的组网技术将取代大基站中繁杂的介入成本。 有关调查指出，在5G应用场景中，50%以上的通信资源被1%的终端占用，而这1%往往在大城市的中心地带和商业区。这些地区的实际通信场景复杂，需要可配置度高的网络。更有甚者，这些区域的物联网也比较丰富。在种种情况交叠下，SON可以被看作是5G通信与物联网通信的的桥梁，为这样的区域提供更有效的组网通信系统。 如果有服务导向的自组网成为可能，那么未来的小基站的实际运营权可能从移动运营商转移到部分转换器实体商家和其他小企业运营单位手中。未来的“网管”不仅管着交换机、无线网，还要管都市移动通信。听上去是不是很棒？ 服务导向的自主网发展趋势（Source：华为） 由于社会和通信等一系列的原因，未来小基站会逐渐成为5G通信中不同于大基站的重要增长点，特别在城市CBD区域。毫米波将导致小基站的伪装更加让人难以分辨，与此同时，各种数字化的校准方法也实现了大基站到小基站的低功耗转变。同时，自组网技术可能令5G的商业模式出现重大变革。
微信号：leiphone-szTECH2IPO/创见
「 等待新的科技故事 」
5G网，我们真的需要吗？（上）
移动通讯技术10年以发展，5G标准也开始制定。诺基亚的最新5G网络实验速率飙到了115Gbps，但是我们真的需要5G网络吗？
原文地址：，本译文由TECH2IPO/创见为您提供！我们需要 5G 网络吗？无线联网汽车、物联网、未来设备可能都需要 5G 网络。每隔 10 年，移动通讯领域就会发生巨大变化。每隔 10 年，新的移动通讯技术就会普及：上世纪 80 年代第一代移动通讯网络诞生，然后是 1990 年的 GSM 网络，随后到新世纪的 3G 网络，紧接着是 2010 年的 LTE 4G 网络。每一代移动通讯技术都解决了上一代网络中存在的问题：GSM 修复了模拟电话的安全问题，3G 网络解决了 GSM 移动数据传输慢的问题，4G 则提供了更快的数据传输速度和带宽。现在 5G 网络又将在几年之后开始进入人们的视线范围，移动通讯领域也将迎来新的挑战。但是 5G 要解决 4G 存在的什么问题呢？那么问题就来了，没有人能够确保 5G 比 4G 更好。现在人们挑选移动服务主要看信号覆盖和价格，而这些都不是可以通过升级网络技术能够解决的。为了建设 LTE 4G 网络，国家和运营商已经砸了不少钱，所以现在行业内对于 5G 网络还没有多少大动作。相反，行业内则希望 5G 网络能够解决今天还没有出现的一些问题，但是这些还没有出现的问题未来可能会受制于 4G 网络。在移动网络标准投入使用之前，都会经过很长一段时间的标准制定阶段，标准制定之后将在很长的时间内持续使用，可能是 10 年，也可能像 2G 网络一样沿用至今。制定 5G 标准的时候，完美会希望它最少能用到 2030 年，而且制定出来的标准不要从未来往回看的时候觉得 5G 标准是废物。回到 2000 年，3G 网络那个时候刚刚开始铺设，是谁预测了 2010 年的移动世界？在世纪之交的时候，我们还在用大哥大打电话，而现在的手机清一色的直板手机，没人能够预测 10 年后的状况。搞清楚 5G 网络以后的用途就好比在 5 年前推测 iPhone 的未来一样。没有人能够想到 iPhone 能够买到全世界的各个角落，也没人能够预测市场将会发生什么样的变化，更没人能够预测到现在的手机市场格局。我们现在面临相同的状况：要努力幻想移动世界 10 年后的样子，然后为未来设计一个未来标准。如果我们参照历史来制定未来的标准，那么我们将毫无疑问地失败掉。这并不意味着行业会因此而不制定 5G 标准。制定标准5G 只是我们现在给它起的名字，因为真正的 5G 标准还没有出现。在 5G 标准最终确立之前，我们需要等上几个月甚至数年。与此同时，企业、政府和学术机构都会一同为制定标准而努力，但就现在而言，5G 还只是一个纯粹的概念，一个必须要在未来 6 年内从虚无缥缈变成现实可用的概念。按照以前的规律，第一个按照标准执行的 5G 网络将在 2020 年开始运营。为了赶在这个日期之前实现，5G 标准的制定过程需要在未来 2-3 年内就完成，标准的制定方将包括 3GPP、ITU、IEEE，知名大学、公众机构和社会特殊利益团体等。“5G 标准已成事实”的想法可能出开始 5G 测试、技术合作、吸引市场注意力的厂家的私人言行，真正的 5G 标准并没有制定出来。但是，这些企业的实验和合作都为标准的制定打下了基础，而且可以为 5G 项目在全球的试用提供赞助。以欧盟和韩国的合作为例，双方签署合约共同开发 5G 网络，双方将各出 7 亿欧元和 15 亿美元来支持当地的 5G 项目。在英国，政府已经向 5G Innovation Centre（5GIC）研究中心拨款 7000 万美元用来开发 5G 研究设备。5GIC 研究中心将在 2015 年的 4 月份正式开门测试。5GIC 开始运营之后，它将为早期 5G 技术项目提供测试基地。研究中心将配备 41 个移动网络接入点，提供多样化的环境，比如大型设备、小型设备、室内环境、室外环境等等，可以让企业来测试他们的产品。参与测试的用户主要是来自当地吉尔福德大学的学生和教职员工，他们也算是 5GIC 的一部分。美国也开设了自己的 5G 网络测试基地，在纽约大学的 NYU Wireless 研究所。在这里，研究人员会收集纽约市内 5G 原形基站用户的数据，希望为 5G 频道模型的开发做出贡献。随着 5G 网络和测试基地的出现，就意味着 5G 网络标准已经开始制定。虽然标准还没有制定出来，但是行业内的人士都认为肯定会有。到目前为止，已经有多条 5G 标准已经制定完成：5G 网络速率初期下载速率须达到 1Gbps，未来可达到数 Gbps。网络延迟必须低于 1 毫秒。比 3G、4G 网络更节能省电（这一条的意见还没有统一）。虽然说很难成功预测未来用户的未来需求，也可能没法满足他们，行业内对 5G 网络的应用也达成了一些共识。机器对机器交流是第一条需求，5G 网络还应该支持物联网，以后所有联网设备都通过 5G 网络传递数据。支持联网汽车或自驾驶汽车，远程控制工业机器人，远程医疗系统、智能城市基础设施等都可以扩大 5G 网络的适用范围。也有很多相似的体验，比如使用 5G 网络来快速下载 4K 或 8K 视频，还可以展望更多，比如触觉网络，能通过 5G 网络实现吗？尽管人们对 5G 网络开始有了一些了解，但就 5G 网络标准而言还将出现很多争议，其中包括 5G 网络应该使用什么样的技术。考虑无线频段了吗？任何一个新的移动网络标准都需要运营商使用新的无线信号频段。5G 也不例外。如果移动运营商希望提供更多的承载能力，那么就得需要更多的移动频段才行。无论是哪一代的无线网络技术，政府都得先确定运营商可以使用的频段，然后以合理的价格卖出这些频段，最后运营商才能在买到的频段上运营 5G 网络。从无线网络产业的历史来看，政府暗拍无线频段、延迟放出频段、运营商相互诋毁、运营商不尽责等等问题都会发生。反正信号频段的拍卖是肮脏、昂贵的买卖。“无线频段将成为 5G 手机网络和早期试运行的主要障碍。我们没有足够的频段，因此 5G 网络需要优化频段的使用。”欧盟的 Thibaut Kleiner 说。5G 跟以前的无线频段没有多少区别，但是可能会遇到一个额外的问题：我们已经没有足够的无线频段了。地区间的穿越可能会给 5G 网络通讯造成漫游问题。“无线频段将成为 5G 手机网络和早期试运行的主要障碍。我们没有足够的频段，因此 5G 网络需要优化频段的使用。但是现在可以清楚，给 4G 和 5G 更多频段可以起到帮助，但这也是全球都要面临的挑战……另外一个挑战就是找到一个 5G 漫游在全球通用的频段。不过所有稳定的频段都已经在使用。”欧盟 CONNECT 部门主任 Thibaut Kleiner 说。关于频段的一种解决方法就是使用更低频的频段，即 700MHz-26Ghz 之间的频段，或者是使用更高频的频段，比如 6GHz、28GHz、38GHz 等。当频段超过 30GHz 之后，超高频段的波长将达到毫米级。使用这些未知频段将是 5G 网络发展过程中最让人兴奋但又最没法保障的部分。传统频段的传输距离远但是数据容量小，毫米波可以提供更大的数据带宽，但是却不能远距离传输。毫米波只能接受直线传输的信号，不能从多方位接收信号。纽约大学无线部门主任 Ted Rappaport 说，“我们现在用的都是全向天线，很少有波形或定向天线在使用。LTE 未来也将遇到数据量的问题，毫米波数据传输需要几十条或几百条天线才能获得更多数据带宽。”毫米波不是新发现。人们对无线信号频段的研究从上世纪 80 年代就开始了，那时人们就发现 60GHz 的频段存在随距离的增加而衰减的问题，因此这一频段便被忽视，至今无人问津。那么 30 年之后，为什么毫米波又让其焕发生机了呢？随后的研究发现某些频段不存在信号衰减的问题，无线通讯行业可以利用这些频段。Rappaport 说，在某些频段，毫米波信号衰减的问题已经消失。“如果我用 28、38 或者 70GHz 的频段，就不会遇到 60GHz 那的信号衰减问题，而且无线电频道也跟现有的移动、Wi-Fi 频段非常相似。”虽然解决了 5G 网络在毫米波频段使用上的问题，但还有其他问题没有解决。因为最近又有人提出了毫米波在户外使用时的功能问题。有人表示毫米波在雨天里信号会衰减，如果是瓢泼大雨，信号将会受到严重影响。确实，毫米波在雨天的信号会衰减。以前，金融服务行业就用毫米波来传递高频交易数据，但是下雨天给这一服务带来了严重的影响。根据纽约大学的一份论文，虽然存在信号衰减的问题，但是其程度不足以引起担忧。对于多雨地区的人来说，这是好消息。而且定向天线也将对信号衰减做出一定补偿。乘着技术波前行虽然围绕着毫米波衰减的讨论已经暂时搁置，但是 5G 标准是否使用毫米波依旧无法确定。因为毫米波在移动通讯领域是新面孔，如果要使用将会涉及许多基础设备的开发，包括信道模式、信号传播、天线开发等，对手持设备甚至对人体的影响有多少现在都不确定。新的技术需要新的生态系统。需要有人开始开发所有必须的网络部件以及相应的手持设备。诺基亚公司表示，也这意味着 5-10 年的时间才能让毫米波投入商用。不过，早期的测试已经表明毫米波是可用的，诺基亚公司使用 70GHz 频段的毫米波，在 15 米的传输范围内，速率可以达到 115Gbps。其他科技公司也开始涉足毫米波设备的开发，三星公司之前也宣布发布了第一款毫米波硬件设备：64 个元件组成的自适应阵列无线收发机。这个收发机在 28GHz 频段上工作，2km 的范围内传输速率可到 1Gbps，三星公司表示到 2020 年就可以商用。美国联邦通讯委员会最近的文件也显示 Google 也开始了毫米波频段的测试，而且值得注意的是，今年上半年，Google 收购了毫米波烟酒公司 Alpental Technologies。有人表示 Google 对毫米波的兴趣可能帮助这家公司用毫米波通讯来取代光纤通信。虽然短期内不可能实现，但毫米波的研究可以帮助 Google 公司开发一些小型的信号基站。
请后参与评论火车在她背后擦身而过，情况十分惊险。
派出所进行调查取证，依法对谢某某予以拘留。
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　　【钉科技 晨光，北京报道】与移动电话终端进行信息传递的基站，外形究竟可以被做到多小？这大概不算个问题。或许，某一天，基站会像《超体》中的Lucy一样“无处不在”，毕竟，技术的每一次进步，都是不同程度脑洞大开的结果。
　　就目前而言，一家名为昭文科技(北京)有限公司的“神秘”企业，在4月的一场产品发布会上表示，团队已经可以把小基站(Small Cell)做成火柴盒般大小。
　　“神秘”，是因为这家成立于2009年的技术驱动型企业，在这场发布会前一度低调，埋头致力于2G/3G/4G智慧小基站的解决方案研究。在2013年，昭文科技面向国内市场推出了智慧小基站及应用平台整体解决方案，受到了业内好评，此外，他们也承接了工信部关于5G科研项目的研发工作。
　　4G时代，小基站的机会来了？
　　小基站这个概念更多地流入公众视线应该说是近两年的事情，特别是在华为等企业联合运营商进行小基站“众包”之后，这看来是对4G网络时代的一种顺应。
　　2015年，中国移动完成了价值3个亿的第一批10万台小基站的采购，昭文科技CEO周岩认为这恰恰说明小基站的“春天”已经到来。2016年，中国移动的小基站采购计划数为50万台，其中，2G/4G双模（GSM+LTE）基站占七成，而昭文科技的GSM集群技术解决方案，正是业内最具竞争优势的产品。
　　这还仅仅是来自中国移动的需求。用户本身希望速度更快的4G能够实现更深更广的覆盖。三大运营商都在加速4G网络建设，移动已经处于相对的领先地位，根据有关数据，在已经完成的200多万个基站中，中国移动所属的就超过110万个。
　　电信与联通正通过共享基站进行事实上的抗衡，而面对扩张中的中国移动，电信和联通也需要基站在绝对数量上的突破，适用于联通和电信的“共享”，昭文科技的解决方案产出的产品是一种“无性产品”，即通用基站。
　　另外，成本的控制也会是运营商重点考虑的因素。小基站已经在成本的节约上起到了很大作用，而这种节约，在保证性能的同时，自然越多越好，特别是像上文中提到的双模基站。
　　周岩表示，昭文科技的解决方案是采用移动通信终端芯片实现基站功能，再配合以集群技术解决大容量基站的方案，就可以大大降低小基站的体积和成本。周岩说：“基站小了之后，首先是费用从几百美元降到了几十美元，这还是最直接的影响。同时，小基站也可能长生出更多玩法，这就是我一开始说昭文是家‘玩’小基站的公司的意思。”
　　按需覆盖的信号，随身携带的基站
　　产品理念，昭文科技始终强调的是这样一个词汇――“智慧”，这也是他们在长期埋头于产品研发之后希望达成的结果，背后是这个团队对无线通讯的一份情怀，希望技术能够长生更大的普惠效果。
　　理论上讲，无线的覆盖应该会是“无处不在”的，而事实却往往与观念相左，比如，小区、办公楼、地下室，抑或机场与酒店等场所，往往对应着“没信号”，然后是用户的抱怨或投诉。
　　据此，昭文科技提出信号的“按需覆盖”，并推出了相应的硬件产品，配置多样化的“无线魔盒”，甚至可以随身携带。
　　“按需覆盖”，意味着信号的覆盖完全随着用户的需求而出现，而这种覆盖同时又是“无性”和通用的，实现的途径就是“无线魔盒”，意义在于满足非人口密集区域或者人口流动频繁区域各运营商用户的需求。用户可以接收到相应运营商的无线信号，在漫游中可以接入当地运营商网络。当然，这也是对资源的一种精省。例如，某国可能有十几家运营商，同时覆盖同一区域，除了是对资源的浪费，也会造成比较严重的辐射污染。
　　昭文科技的解决方案有两种：魔盒发射Wi-Fi和2G/3G/4G信号，用户通过Wi-Fi登录网页修信号营运商属性；魔盒发射2G/3G/4G信号，广播运营商为昭文科技正在申请的运营商信号转换平台，手机漫游进来后自动识别，自动转接到归属运营商网络。通过昭文科技的无线魔盒可以实现变为世界各地的运营商，而这个过程，有无运营商参与都没有问题。
　　满足使用需求的同时，昭文科技在无线网络安全技术方案方面也有相当丰富的产品线，不过，这些都是国家级服务，主要是与政府的合作。
　　正如前文所说，昭文科技正将专用产品与民用市场做适合的融合，以便让更多的人能够体会到基础无线通讯技术给生活带来的便利。昭文科技希望能够找到更多有想法的合作伙伴，真正把小基站玩儿起来、玩儿活，让生活更好玩儿！
　　（封面图片来自网络）
　　【钉科技（），家庭互联网第一媒体平台；今日头条账号：钉科技网；微信公号：钉科技（dingkeji2015）；今日头条“百群计划”签约媒体，腾讯2015年度最佳新锐自媒体，蓝莓会2015年度最具潜力自媒体】
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