无线技术最新趋势（一）：移动通信篇

  作为介绍无线技术未来趋势的开篇，本文把焦点对准了支撑手机和智能手机服务的移动通信技术，也就是无线通信行业所说的“无线广域网”（WWAN：Wireless Wide Area Network）。从下次开始，本连载将逐一向大家介绍“无线局域网”（WLAN：Wireless Local Area Network）以及“无线个人局域网”（WPAN：Wireless Personal Area Network）的技术动向。

  第3代移动通信方式（3G）的技术规范机构“3GPP”（第三代合作伙伴计划）的动向大幅左右着WWAN的技术走向。自从通信方式进入3G以后，3GPP一直引领着世界手机服务的标准化工作。可以说，3GPP制定的规范决定着之后移动通信技术的趋势。

  3GPP即将完成“Release 11”的标准化，其中将加入与LTE的后续规范“LTE-Advanced”相关的追加规定。关于其后续规范“Release 12”（预定于2014年下半年制定完成），以及更长远的“后LTE-Advanced”的构想的探讨也即将开始（图1）。按照设想，LTE-Advanced将于2015年左右投入实用，Release 12和后LTE-Advanced将于2016年～2020年左右投入实用。

  图中总结了未来移动通信技术的发展趋势。扩大传输容量将成为移动通信运营商的首要课题。此时需要的是小型蜂窝基站和高级干扰补偿技术等。2015年以后，最大数据传输速度将超过1Gbps。

  下面，本文就分“2013～2015年”、“2016～2019年”、“2020年以后”三个阶段，介绍一下根据3GPP的讨论内容推测的将来的移动通信方案以及所需的技术。

  首先来看2013～2015年移动通信行业的发展。关注点是LTE-Advanced的引进。

  LTE-Advanced是目前世界主要地区慢慢的开始采用的“LTE”的拓展规范。例如，当单通道带宽为20MHz时，LTE的最大数据传输速度约为150Mbps。而LTE-Advanced通过把单通道带宽扩大到最大100MHz，可以在一定程度上完成超过1Gbps的速度。使用同一频道与多个用户进行通信的多路访问方式与LTE一样使用正交频分多址接入（OFDMA）。

  LTE-Advanced新增的项目大致有5个。其中非常关注的功能有“载波聚合”和“异构网络”（HetNet）。

  首先，载波聚合是通过聚合多个频道（载波）增大带宽的技术。如果把20MHz带宽的载波作为1个单位，组合5个单位即为100MHz。例如，把800MHz频带中的20MHz、2GHz频带中的20MHz聚合到一起，可以使带宽达到40MHz。

  采用这种方法是由于频率资源紧张。虽然LTE-Advanced能够正常的使用100MHz带宽，但能够持续为移动通信服务提供100MHz带宽的频带有限。要想满足世界各地通信运营商开展服务的需求，载波聚合这样的机制必不可少。

  预定紧接着载波聚合导入的是HetNet。其作用是把发送功率不同的基站组合到一起，开展移动通信服务。在手机网络中，一般的基站叫做“宏蜂窝基站”（发送功率为10～40W），可以覆盖半径1～25km左右范围内的用户。宏蜂窝基站与微微蜂窝（功率在数W以下）组合，覆盖着基站内点状分布的通信需求较高的区域。这种发送功率小于宏蜂窝的基站及基站装置叫做“小型蜂窝”。

  面向2013～2015年的LTE-Advanced采用期，基站和终端的开发已经展开。基站方面，包括HetNet使用的微微蜂窝和毫微微蜂窝基站在内，小型蜂窝基站的开发十分活跃。终端方面，有可能出现巨大变化的是“Release 11”中开始采用的“高级接收器”功能。这项功能的概念是在HetNet环境下，使终端也具备减轻电磁干扰的功能。该功能从宏蜂窝基站获取在何时、应该重视哪个基站的信号的优先度信息，将其应用于减轻RF电路的电磁干扰。

  接下来的2016～2019年是LTE-Advanced的全面普及期。到2016年左右，1个通道可通过的带宽估计为80M～100MHz。此时，最大数据传输速度将达到1Gbps。

  设想在这一时期投入实用的移动通信标准估计相当于3GPP制定的“Release 12”。Release 12预定在进一步拓展LTE-Advanced的概念的基础上，添加新的功能。

  在3GPP内部，各公司已就Release 12的技术概念提出了方案（图2）。包括利用小型蜂窝基站、多天线技术在内，关于提升基站性能的提议也很多。其中，空间复用技术的高度化备受期待，关注的关键词是“3D-MIMO”。

  预定于2014年下半年完成标准制定的“3GPP Release 12”的议题汇总。主题包括小型蜂窝基站的高度化、多天线D等。

  过去的MIMO空间复用系统是在基站的放射面上，沿二维方向，把空间分割给用户。而3D-MIMO则是在基站的垂直面内（靠近基站的用户与基站边缘的用户），利用MIMO进行空间分割。水平面内的分割加上垂直面上的分割，可使能够同时利用同一频道的用户大幅增加。

  3.5GHz附近频带的利用估计也会成为Release 12的议题。例如NTT DoCoMo提出了在大厦内和家庭内等小范围区域利用高频带，在广域内利用传统的低频带的方法。3.5GHz频带等高频带波的方向性好，传输距离短。这样的利用方式能发挥其特性，把使用范围集中于流量需求大的小范围区域。

  关于2020年以后的技术，目前3GPP还未提出明确的服务概念。世界各地的通信运营商与通信设施生产商都在自己设想。

  在这种情况下，NTT DoCoMo公司已经公布了应对2020年左右通信流量增加的方针的示例。根据该示例，DoCoMo设想的方式是以大幅度的增加基站的设置数量为主轴，扩大WLAN数据分流的利用和扩展可用带宽（图3）。最大数据传输速度的目标高达10Gbps。

  为了满足2020年通信流量增至500～1000倍的需求，NTT DoCoMo提出了解决思路，即在利用新的频率分配的方法扩大带宽的同时，通过改善多路访问方式，提高频率利用效率。

  另外，为满足500～1000倍于2010年的通信流量，提高频率利用效率必不可少。但直到现在，无线接入技术中还没有可以在一定程度上完成如此高的频率利用效率的热门候选，因此只能以现行的OFDMA为基础，通过扩充附加功能，一点一点地提高频率利用效率。

  诸如此类的技术水平提升将是未来数年的重要研究主题。用于提高频率利用效率的信号处理技术、新概念的纠错技术、全新概念的多路访问技术，都被寄予厚望。（日经技术在线！ 供稿）