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  • 英特尔的六大技术

    千次阅读 2020-08-14 17:24:28
    来源:芯东西(公众号:aichip001)芯东西8月14日消息,昨日晚间,英特尔在2020年架构日上推出10nm SuperFin晶体管技术,将实现其有史以来最强大的单节点内性能增强。...

    来源:芯东西(公众号:aichip001) 

    芯东西8月14日消息,昨日晚间,英特尔在2020年架构日上推出10nm SuperFin晶体管技术,将实现其有史以来最强大的单节点内性能增强。

    据悉,10nm SuperFin技术将用于英特尔代号为“Tiger Lake”的下一代移动处理器,同时该处理器正在生产中,预计其OEM产品将于假日季上市。

    此外,英特尔还发布了下一代CPU微架构Willow Cove、Tiger Lake SoC架构,以及可实现全扩展的Xe图形架构等。这些创新的架构也将用于消费类、高性能计算、移动客户端和游戏应用等市场。

    与此同时,英特尔首席架构师Raja Koduri,以及多位英特尔院士和架构师也聚在一起,共同围绕制程/封装、架构、内存/存储、互连、安全、软件这六大技术支柱方面,详细介绍了相关的技术新进展。


    01

    10nm SuperFin技术:可媲美全节点转换

    10nm SuperFin技术实现了增强型FinFET晶体管与Super MIM(Metal-Insulator-Metal)电容器的结合,能够提供增强的外延源极/漏极、改进的栅极工艺,以及额外的栅极间距。

    英特尔称,这项技术不仅是英特尔有史以来最强大的单节点内性能增强,同时它所提升的性能也可和全节点转换相媲美。

    据了解,SuperFin技术主要是通过5个方面的晶体管工艺优化,从而实现制程工艺的性能提升:

    1、优化源极与漏极结构

    SuperFin技术通过增长源极和漏极上晶体结构的外延长度,在增加应变的同时减小电阻,从而让更多的电流通过通道。

    2、改进栅极工艺

    栅极工艺的改进让通道迁移率进一步提高,加速了电荷载流子的移动。

    3、增加额外栅极间距

    通过增加额外的栅极间距选项,能够为需要最高性能的芯片功能提供更高的驱动电流。

    4、使用新型薄壁

    英特尔在SuperFin工艺中使用了新型薄壁阻隔,使过孔电阻降低30%,并进一步提升互连性能。

    5、电容增加

    与行业标准相比,SuperFin工艺在同等占位面积里的电容增加了5倍,不仅减少了电压下降,同时也提升了产品性能。

    据了解,这项技术主要通过新型“高K”(Hi-K)电介质材料来实现。这一材料能够堆叠在厚度只有几埃厚的超薄层中,以形成重复的“超晶格”结构。


    02

    Willow Cove与Tiger Lake CPU架构

    基于10nm SuperFin工艺和最新的处理器技术,英特尔推出了下一代名为“Willow Cove”的CPU微架构。

    与英特尔2018年发布的Sunny Cove架构相比,Willow Cove架构在前者的基础上实现了超越代间CPU性能的提升,从而大幅度增强频率和功率效率。

    同时,Willow Cove架构在更大的非相容1.25MB MLC中,引入了重新设计的缓存架构,并通过控制流强制技术(Control Flow Enforcement Technology)增强了安全性。

    另一方面,Tiger Lake是英特尔第一个采用全新Xe-LP(低功耗)微架构的SoC架构,能够对CPU、AI加速器进行优化,实现CPU、AI和图形性能的进一步提升。

    具体来看,Tiger Lake SoC架构主要包含以下8个特性:

    1、 全新Willow Cove CPU核心。基于10nm SuperFin技术的创新,能显著提升频率。

    2、新Xe图形架构。执行单元(EUs)多达96个,大幅度提升每瓦性能效率。

    3、电源管理。一致性结构中的自助动态电压频率调整(DVFS),提高了全集成电压稳压器(FIVR)效率。

    4、结构和内存。一致性结构带宽增加2倍,约86GB/s内存带宽,经验证的LP4x-4267、DDR4-3200,以及LP5-5400架构功能。

    5、高斯网络加速器GNA 2.0专用IP, 能用于低功耗神经推理计算,减轻CPU处理。同时,在运行音频噪音抑制工作负载的情况下,采用GNA推理计算的CPU利用率,比不采用GNA的CPU低20%。

    6、IO。集成TB4/USB4,CPU上集成PCIe Gen 4,用于低延迟、高带宽设备对内存的访问。

    7、显示。高达64GB/s的同步传输带宽,可支持多个高分辨率显示器。到内存的专用结构路径,以保持服务质量。

    8、IPU6。拥有6个传感器,具有4K 30帧视频、27MP像素图像,最高4K90帧和42MP像素图像架构功能。


    03

    基于Xe图形架构的多款独立显卡及微架构

    此次架构日上,英特尔详细介绍了可实现全扩展的Xe图形架构,

    目前,Xe图形架构主要有Xe-LP(低功耗)、Xe-HP、Xe-HPC和Xe-HPG四个系列。

    1、Xe-LP是英特尔针对PC和移动计算平台的最高效架构。它的最高配置EU单元为96组,并具有新架构设计,包括异步计算、视图实例化(view instancing)、采样器反馈(sampler feedback)、带有AV1的更新版媒体引擎,以及更新版显示引擎等。

    Xe-LP能够让新的终端用户功能具备即时游戏调整(Instant Game Tuning)、捕捉与流媒体及图像锐化。

    在软件优化方面,Xe-LP也将通过新的DX11路径和优化的编译器,对驱动进行改进。

    2、Xe-HP是多区块(multi-tiled)、高度可扩展的高性能架构。它能够提供数据中心级、机架级媒体性能,GPU可扩展性和AI优化。

    此外,Xe-HP涵盖了从一个区块(tile)到两个和四个区块的动态范围计算,功能类似于多核GPU。

    基于这一特性,英特尔在现场展示了Xe-HP在单个区块上以60 FPS的速率,对10个完整的高质量4K视频流进行转码。同时,还演示了Xe-HP在多个区块上的计算可扩展性。

    据了解,英特尔首款Xe-HP芯片已在实验室完成启动测试。

    目前,英特尔正与关键客户共同测试Xe-HP,并计划通过Intel DevCloud让开发者能使用Xe HP。与此同时,Xe HP的相关产品也将于明年推出。

    3、Xe-HPG是英特尔此次推出的新Xe微架构变体,专为游戏而优化。它结合了Xe-LP良好的效能功耗的构建模块,利用Xe-HP的可扩展性对Xe-HPC进行更强的配置和计算频率优化。

    同时,Xe-HPG还添加了基于GDDR6的新内存子系统以提高性价比,将支持加速的光线跟踪。Xe-HPG预计将于2021年开始发货。

    英特尔将基于Xe架构推出两款独立显卡,并在显卡指挥中心(IGCC)中引入即时游戏调整和游戏锐化两项新功能。

    一是英特尔首款基于Xe-LP架构的DG1独立图形显卡,主要面向PC设备。目前,该显卡已进入投产阶段,有望按计划在2020年开始交付。

    同时,DG1已在英特尔DevCloud上供早期访问用户使用,包含DG1文库和工具包,让用户能够提前使用oneAPI来编写DG1相关的软件。

    二是英特尔针对数据中心领域的Server GPU(SG1)。据了解,SG1集成了4个DG1,能够以很小的尺寸将性能提升至数据中心级别,来实现低延迟、高密度的安卓云游戏和视频流。

    SG1将很快进行投产,并于今年晚些时候发货。


    04

    两大数据中心架构:Ice Lake和Sapphire Rapids

    1、Ice Lake

    Ice Lake是首款基于10nm的英特尔至强可扩展处理器,能够在跨工作负载的吞吐量和响应能力方面,提供强劲性能。

    技术方面,Ice Lake包括全内存加密、PCIe Gen 4、8个内存通道,以及可加快密码运算速度的增强指令集等。此外,Ice Lake系列也将推出针对网络存储和物联网的变体。

    Ice Lake预计在今年年底推出。

    2、Sapphire Rapids

    Sapphire Rapids是英特尔基于增强型SuperFin技术所研发的下一代至强可扩展处理器,能提供DDR5、PCIe Gen 5、Compute Express Link 1.1等标准技术。

    英特尔提到,Sapphire Rapids将用于美国阿贡国家实验室“极光”超级计算机系统(Aurora Exascale)中,延续英特尔的内置AI加速策略,使用一种名为先进的矩阵扩展(AMX)加速器。

    Sapphire Rapids预计将于2021年下半年开始首批生产发货。

    除此之外,英特尔在FPGA技术领域也不断推进创新。值得一提的是,英特尔拥有世界上第一台下一代224G-PAM4 TX收发器。


    05

    下一代混合架构产品

    英特尔下一代采用混合架构的客户端产品名为Alder Lake,它将结合英特尔马上推出的Golden Cove和Gracemont两种架构并进行优化,以提供更好的效能功耗比。


    06

    混合结合封装技术:测试芯片已流片

    目前,大多数传统封装技术使用的是热压结合(Thermocompression bonding)技术。作为热压结合技术的替代品,混合结合(Hybrid bonding)技术能够加速实现10微米及以下的凸点间距,从而带来更高的互连密度、带宽和更低功率。

    早在今年第二季度,英特尔使用混合结合封装技术的测试芯片已成功流片。


    07

    软件:将于今年推出oneAPI Gold版本

    软件方面,英特尔早在今年7月就发布了第八版oneAPI Beta,为分布式数据分析带来新的功能和提升,包括渲染性能、性能分析以及视频和线程文库。

    英特尔在架构日上提到,oneAPI Gold版本将于今年晚些时候推出,届时将为开发人员提供在标量、矢量、距阵和空间体系结构上保证产品级别的质量和性能的解决方案。


    08

    结语:英特尔的“失”与“得”

    过去一段时间以来,英特尔的7nm CPU发布推迟、市值首次被英伟达超越的消息,难免引起了行业的不少质疑和担忧。

    但从这场架构日上,我们可以看到英特尔仍保有强劲的技术实力和信心,在摩尔定律逐渐放缓的当下,通过对CPU、GPU、FPGA,以及架构、封装和软件等领域的持续创新,开辟更多样化和多维度发展路径,以满足日益多元化的计算需求。

    这似乎也是英特尔想要表达的另一个观点——推动摩尔定律的发展不仅仅只有提升纳米制程工艺一条路,横向地拓展晶体管工艺技术和架构创新也能“More than Moore”。

    在英特尔看来,如今人们正处于一个智能化的新时代,亦是个“惠及每个人万亿亿次计算能力”的时代。

    在新时代引发的技术洪流下,英特尔自2018年就提出的六大技术支柱战略,围绕制程和封装、架构、内存和存储、互连、安全和软件等方面推动产品的升级,无疑为行业的创新发展提供了一个行之有效的解决方案。

    未来,在竞争愈发激烈的环境下,英特尔能否继续引领整个产业的创新与升级?我们拭目以待。

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  • 随着信息技术、电子技术、控制技术的发展,各种先进技术已广泛应用在UPS的设计开发和生产过程中,UPS的技术将出现以下六大发展趋势。
  • 详解5G的六大关键技术

    万次阅读 多人点赞 2017-12-09 00:00:00
    概要:在5G研发刚起步的情况下,如何建立一套全面的5G关键技术评估指标体系和评估方法,实现客观有效的第三方评估,服务技术与资源管理的发展需要,同样是当前5G技术发展所面临的重要问题。 2013年12月,我国...

    来源:电子产品世界

    概要:在5G研发刚起步的情况下,如何建立一套全面的5G关键技术评估指标体系和评估方法,实现客观有效的第三方评估,服务技术与资源管理的发展需要,同样是当前5G技术发展所面临的重要问题。


    2013年12月,我国第四代移动通信(4G)牌照发放,4G技术正式走向商用。与此同时,面向下一代移动通信需求的第五代移动通信(5G)的研发也早已在世界范围内如火如荼地展开。5G研发的进程如何,在研发过程中会遇到哪些问题?



    在5G研发刚起步的情况下,如何建立一套全面的5G关键技术评估指标体系和评估方法,实现客观有效的第三方评估,服务技术与资源管理的发展需要,同样是当前5G技术发展所面临的重要问题。


    作为国家无线电管理技术机构,国家无线电监测中心(以下简称监测中心)正积极参与到5G相关的组织与研究项目中。目前,监测中心频谱工程实验室正在大力建设基于面向服务的架构(SOA)的开放式电磁兼容分析测试平台,实现大规模软件、硬件及高性能测试仪器仪表的集成与应用,将为无线电管理机构、科研院所及业界相关单位等提供良好的无线电系统研究、开发与验证实验环境。面向5G关键技术评估工作,监测中心计划利用该平台搭建5G系统测试与验证环境,从而实现对5G各项关键技术客观高效的评估。


    为充分把握5G技术命脉,确保与时俱进,监测中心积极投入到5G关键技术的跟踪梳理与研究工作当中,为5G频率规划、监测以及关键技术评估测试验证等工作提前进行技术储备。下面对其中一些关键技术进行简要剖析和解读。


    关键技术1:高频段传输


    移动通信传统工作频段主要集中在3GHz以下,这使得频谱资源十分拥挤,而在高频段(如毫米波、厘米波频段)可用频谱资源丰富,能够有效缓解频谱资源紧张的现状,可以实现极高速短距离通信,支持5G容量和传输速率等方面的需求。


    高频段在移动通信中的应用是未来的发展趋势,业界对此高度关注。足够量的可用带宽、小型化的天线和设备、较高的天线增益是高频段毫米波移动通信的主要优点,但也存在传输距离短、穿透和绕射能力差、容易受气候环境影响等缺点。射频器件、系统设计等方面的问题也有待进一步研究和解决。


    监测中心目前正在积极开展高频段需求研究以及潜在候选频段的遴选工作。高频段资源虽然目前较为丰富,但是仍需要进行科学规划,统筹兼顾,从而使宝贵的频谱资源得到最优配置。


    关键技术2:新型多天线传输


    多天线技术经历了从无源到有源,从二维(2D)到三维(3D),从高阶MIMO到大规模阵列的发展,将有望实现频谱效率提升数十倍甚至更高,是目前5G技术重要的研究方向之一。


    由于引入了有源天线阵列,基站侧可支持的协作天线数量将达到128根。此外,原来的2D天线阵列拓展成为3D天线阵列,形成新颖的3D-MIMO技术,支持多用户波束智能赋型,减少用户间干扰,结合高频段毫米波技术,将进一步改善无线信号覆盖性能。


    目前研究人员正在针对大规模天线信道测量与建模、阵列设计与校准、导频信道、码本及反馈机制等问题进行研究,未来将支持更多的用户空分多址(SDMA),显著降低发射功率,实现绿色节能,提升覆盖能力。


    关键技术3:同时同频全双工


    最近几年,同时同频全双工技术吸引了业界的注意力。利用该技术,在相同的频谱上,通信的收发双方同时发射和接收信号,与传统的TDD和FDD双工方式相比,从理论上可使空口频谱效率提高1倍。


    全双工技术能够突破FDD和TDD方式的频谱资源使用限制,使得频谱资源的使用更加灵活。然而,全双工技术需要具备极高的干扰消除能力,这对干扰消除技术提出了极大的挑战,同时还存在相邻小区同频干扰问题。在多天线及组网场景下,全双工技术的应用难度更大。


    关键技术4:D2D


    传统的蜂窝通信系统的组网方式是以基站为中心实现小区覆盖,而基站及中继站无法移动,其网络结构在灵活度上有一定的限制。随着无线多媒体业务不断增多,传统的以基站为中心的业务提供方式已无法满足海量用户在不同环境下的业务需求。


    D2D技术无需借助基站的帮助就能够实现通信终端之间的直接通信,拓展网络连接和接入方式。由于短距离直接通信,信道质量高,D2D能够实现较高的数据速率、较低的时延和较低的功耗;通过广泛分布的终端,能够改善覆盖,实现频谱资源的高效利用;支持更灵活的网络架构和连接方法,提升链路灵活性和网络可靠性。


    目前,D2D采用广播、组播和单播技术方案,未来将发展其增强技术,包括基于D2D的中继技术、多天线技术和联合编码技术等。


    关键技术5:密集网络


    在未来的5G通信中,无线通信网络正朝着网络多元化、宽带化、综合化、智能化的方向演进。随着各种智能终端的普及,数据流量将出现井喷式的增长。未来数据业务将主要分布在室内和热点地区,这使得超密集网络成为实现未来5G的1000倍流量需求的主要手段之一。


    超密集网络能够改善网络覆盖,大幅度提升系统容量,并且对业务进行分流,具有更灵活的网络部署和更高效的频率复用。未来,面向高频段大带宽,将采用更加密集的网络方案,部署小小区/扇区将高达100个以上。


    与此同时,愈发密集的网络部署也使得网络拓扑更加复杂,小区间干扰已经成为制约系统容量增长的主要因素,极大地降低了网络能效。干扰消除、小区快速发现、密集小区间协作、基于终端能力提升的移动性增强方案等,都是目前密集网络方面的研究热点。


    关键技术6:新型网络架构


    目前,LTE接入网采用网络扁平化架构,减小了系统时延,降低了建网成本和维护成本。未来5G可能采用C-RAN接入网架构。C-RAN是基于集中化处理、协作式无线电和实时云计算构架的绿色无线接入网构架。


    C-RAN的基本思想是通过充分利用低成本高速光传输网络,直接在远端天线和集中化的中心节点间传送无线信号,以构建覆盖上百个基站服务区域,甚至上百平方公里的无线接入系统。C-RAN架构适于采用协同技术,能够减小干扰,降低功耗,提升频谱效率,同时便于实现动态使用的智能化组网,集中处理有利于降低成本,便于维护,减少运营支出。


    目前的研究内容包括C-RAN的架构和功能,如集中控制、基带池RRU接口定义、基于C-RAN的更紧密协作,如基站簇、虚拟小区等。


    全面建设面向5G的技术测试评估平台能够为5G技术提供高效客观的评估机制,有利于加速5G研究和产业化进程。5G测试评估平台将在现有认证体系要求的基础上平滑演进,从而加速测试平台的标准化及产业化,有利于我国参与未来国际5G认证体系,为5G技术的发展搭建腾飞的桥梁。


    未来智能实验室致力于研究互联网与人工智能未来发展趋势,观察评估人工智能发展水平,由互联网进化论作者,计算机博士刘锋与中国科学院虚拟经济与数据科学研究中心石勇、刘颖教授创建。


    未来智能实验室的主要工作包括:建立AI智能系统智商评测体系,开展世界人工智能智商评测;开展互联网(城市)云脑研究计划,构建互联网(城市)云脑技术和企业图谱,为提升企业,行业与城市的智能水平服务。

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  • 5G主要技术场景与六大关键技术

    千次阅读 2017-09-07 08:56:45
    组织成立IMT-2020(5G)推进组,推动重大专项“新一代宽带无线移动通信网”向5G转变,启动“5G系统前期研究开发”等,从5G业务、频率、无线传输与组网技术、评估测试验证技术、标准化及知识产权等各个方面,探究5G的...

      在移动通信的演进历程中,我国依次经历了“2G跟踪,3G突破,4G同步”的各个阶段。在5G时代,我国立志于占据技术制高点,全面发力5G相关工作。组织成立IMT-2020(5G)推进组,推动重大专项“新一代宽带无线移动通信网”向5G转变,启动“5G系统前期研究开发”等,从5G业务、频率、无线传输与组网技术、评估测试验证技术、标准化及知识产权等各个方面,探究5G的发展愿景。

      在5G研发刚起步的情况下,如何建立一套全面的5G关键技术评估指标体系和评估方法,实现客观有效的第三方评估,服务技术与资源管理的发展需要,同样是当前5G技术发展所面临的重要问题。

      作为国家无线电管理技术机构,国家无线电监测中心(以下简称监测中心)正积极参与到5G相关的组织与研究项目中。目前,监测中心频谱工程实验室正在大力建设基于面向服务的架构(SOA)的开放式电磁兼容分析测试平台,实现大规模软件、硬件及高性能测试仪器仪表的集成与应用,将为无线电管理机构、科研院所及业界相关单位等提供良好的无线电系统研究、开发与验证实验环境。面向5G关键技术评估工作,监测中心计划利用该平台搭建5G系统测试与验证环境,从而实现对5G各项关键技术客观高效的评估。


      5G主要技术场景

      1、连续广域覆盖—这是移动通信最基本的覆盖方式,以保证用户的移动性和业务连续性为目标,为用户提供无缝的高速业务体验。该场景的主要挑战在于随时随地(包括小区边缘、高速移动等恶劣环境)为用户提供100Mbps以上的用户体验速率。

      2、热点高容量—主要面向局部热点区域,为用户提供极高的数据传输速率,满足网络极高的流量密度需求。1Gbps用户体验速率、数十Gbps峰值速率和数十Tbps/km2的流量密度需求是该场景面临的主要挑战。

      3、低功耗大连接—主要面向智慧城市、环境监测、智能农业、森林防火等以传感和数据采集为目标的应用场景,具有小数据包、低功耗、海量连接等特点。这类终端分布范围广、数量众多,不仅要求网络具备超千亿连接的支持能力,满足100万/km2连接数密度指标要求,而且还要保证终端的超低功耗和超低成本。

      4、低时延高可靠—主要面向车联网、工业控制等垂直行业的特殊应用需求,这类应用对时延和可靠性具有极高的指标要求,需要为用户提供毫秒级的端到端时延和接近100%的业务可靠性保证。


      5G的六大关键技术

      1:高频段传输

      移动通信传统工作频段主要集中在3GHz以下,这使得频谱资源十分拥挤,而在高频段(如毫米波、厘米波频段)可用频谱资源丰富,能够有效缓解频谱资源紧张的现状,可以实现极高速短距离通信,支持5G容量和传输速率等方面的需求。

      高频段在移动通信中的应用是未来的发展趋势,业界对此高度关注。足够量的可用带宽、小型化的天线和设备、较高的天线增益是高频段毫米波移动通信的主要优点,但也存在传输距离短、穿透和绕射能力差、容易受气候环境影响等缺点。射频器件、系统设计等方面的问题也有待进一步研究和解决。

      监测中心目前正在积极开展高频段需求研究以及潜在候选频段的遴选工作。高频段资源虽然目前较为丰富,但是仍需要进行科学规划,统筹兼顾,从而使宝贵的频谱资源得到最优配置。


      2:新型多天线传输

      多天线技术经历了从无源到有源,从二维(2D)到三维(3D),从高阶MIMO到大规模阵列的发展,将有望实现频谱效率提升数十倍甚至更高,是目前5G技术重要的研究方向之一。

      由于引入了有源天线阵列,基站侧可支持的协作天线数量将达到128根。此外,原来的2D天线阵列拓展成为3D天线阵列,形成新颖的3D-MIMO技术,支持多用户波束智能赋型,减少用户间干扰,结合高频段毫米波技术,将进一步改善无线信号覆盖性能。

      目前研究人员正在针对大规模天线信道测量与建模、阵列设计与校准、导频信道、码本及反馈机制等问题进行研究,未来将支持更多的用户空分多址(SDMA),显著降低发射功率,实现绿色节能,提升覆盖能力。

        3:时同频全双工

      最近几年,同时同频全双工技术吸引了业界的注意力。利用该技术,在相同的频谱上,通信的收发双方同时发射和接收信号,与传统的TDD和FDD双工方式相比,从理论上可使空口频谱效率提高1倍。

      全双工技术能够突破FDD和TDD方式的频谱资源使用限制,使得频谱资源的使用更加灵活。然而,全双工技术需要具备极高的干扰消除能力,这对干扰消除技术提出了极大的挑战,同时还存在相邻小区同频干扰问题。在多天线及组网场景下,全双工技术的应用难度更大。

      4:D2D

      传统的蜂窝通信系统的组网方式是以基站为中心实现小区覆盖,而基站及中继站无法移动,其网络结构在灵活度上有一定的限制。随着无线多媒体业务不断增多,传统的以基站为中心的业务提供方式已无法满足海量用户在不同环境下的业务需求。

      D2D技术无需借助基站的帮助就能够实现通信终端之间的直接通信,拓展网络连接和接入方式。由于短距离直接通信,信道质量高,D2D能够实现较高的数据速率、较低的时延和较低的功耗;通过广泛分布的终端,能够改善覆盖,实现频谱资源的高效利用;支持更灵活的网络架构和连接方法,提升链路灵活性和网络可靠性。目前,D2D采用广播、组播和单播技术方案,未来将发展其增强技术,包括基于D2D的中继技术、多天线技术和联合编码技术等。

      5:密集网络

      在未来的5G通信中,无线通信网络正朝着网络多元化、宽带化、综合化、智能化的方向演进。随着各种智能终端的普及,数据流量将出现井喷式的增长。未来数据业务将主要分布在室内和热点地区,这使得超密集网络成为实现未来5G的1000倍流量需求的主要手段之一。超密集网络能够改善网络覆盖,大幅度提升系统容量,并且对业务进行分流,具有更灵活的网络部署和更高效的频率复用。未来,面向高频段大带宽,将采用更加密集的网络方案,部署小小区/扇区将高达100个以上。

      与此同时,愈发密集的网络部署也使得网络拓扑更加复杂,小区间干扰已经成为制约系统容量增长的主要因素,极大地降低了网络能效。干扰消除、小区快速发现、密集小区间协作、基于终端能力提升的移动性增强方案等,都是目前密集网络方面的研究热点。

      6:新型网络架构

      目前,LTE接入网采用网络扁平化架构,减小了系统时延,降低了建网成本和维护成本。未来5G可能采用C-RAN接入网架构。C-RAN是基于集中化处理、协作式无线电和实时云计算构架的绿色无线接入网构架。C-RAN的基本思想是通过充分利用低成本高速光传输网络,直接在远端天线和集中化的中心节点间传送无线信号,以构建覆盖上百个基站服务区域,甚至上百平方公里的无线接入系统。C-RAN架构适于采用协同技术,能够减小干扰,降低功耗,提升频谱效率,同时便于实现动态使用的智能化组网,集中处理有利于降低成本,便于维护,减少运营支出。目前的研究内容包括C-RAN的架构和功能,如集中控制、基带池RRU接口定义、基于C-RAN的更紧密协作,如基站簇、虚拟小区等。


      5G技术的未来发展趋势

      目前移动通信发展正处于新一轮技术与产业变革的时期,一方面传统的移动通信应用模块正在发生巨大变革,电信设备的通用化、小型化、虚拟化、分布化成为未来发展主流,给传统电信技术带来巨大冲击; 另一方面5G通信体系架构也面临着潜在的革命性改变,未来5 到10年移动通信技术势必进入一个更加快速发展的时期。

      我国5G技术研发试验将在2016-2018年进行,分为5G关键技术试验、5G技术方案验证和5G系统验证三个阶段实施。上海市政府与中国移动通信集团公司签署共同推进“互联网+”战略合作框架协议。“十三五”期间,中国移动计划在沪投入260亿元,着力构建新一代网络与信息基础设施。上海移动将建设新一代网络与信息基础设施,计划2018年在国内率先开展5G试点。


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  • 5G六大关键技术及未来发展趋势

    千次阅读 2020-12-29 00:00:00
    随着时代的快速发展,科学技术也不断创新以及改进,其中通信技术发展尤为迅速,为移动通信技术的更新换代提供条件支持。目前为止,通信领域最先进的技术是5G移动通信技术,预计会在2020年广泛使...

    随着时代的快速发展,科学技术也不断创新以及改进,其中通信技术发展尤为迅速,为移动通信技术的更新换代提供条件支持。目前为止,通信领域最先进的技术是5G移动通信技术,预计会在2020年广泛使用,5G成了现代通信领域的主要研究对象,越来越多的国家进行对5G的探索与研发并取得很大成效。

    目前,广泛被使用的是4G移动通信技术,而5G更高于4G标准的移动通信技术,5G即第五代移动通信技术,意味着具有更高要求、宽带更大、速度更快,5G通信为移动互联网的快速发展奠定了基础,是对其他无线通信技术的衔接,可以满足未来各方面对于通信技术的要求,5G将拥有较智能化以及网络自感知、自调整的优点"。

    5G移动通信技术的特点以及优点

    频谱利用率高

    目前高频段的频谱资源利用程度受到很大的约束,在现在的科学技术条件之下利用效率会受到高频无线电波穿透力的影响,-般不会阻碍光载无线组网以及有限与无限宽带技术结合的广泛使用。在5G移动通信技术中,将会普遍利用高频段的频谱资源。

    通信系统性能有很大的提高

    5G移动通信技术将会很大程度上提升通信性能,把广泛多点、多天线、多用户、多小区的共同合作以及组网作为主要研究对象,在性能方面做出很大的突破,并且更新了传统形式下的通信系统理念。

    先进的设计理念:

    移动通信业务中的核心业务为室内通信,所以想要在移动通信技术上有更好的提升,须将室内通信业务进行优化。因此,5G移动通信系统致力于提升室内无线网络的覆盖性能以及提高室内业务的支撑能力,在传统设计理念上突破形成一个先进的设计理念。

    降低能耗以及运营成本

    能耗以及运营成本对于科学发展有着很大的影响,所以通信技术发展的方向也是朝着更加低能耗以及低运营成本的方向创新。因此,5G无线网络的“软”配置设计是未来移动通信技术的主要研究对象,网络资源根据流量的使用动态进行实时调整,这样就可以将能耗以及运营成本降低2。

    主要的考量指标

    5G移动通信技术会更加注重用户的使用体验,交互式游戏、3D技术、虛拟实现、传输延时、网络的平均吞吐速度以及各方面能效是检验5G性能的主要考量指标。

    5G拥有六大关键技术

    关键技术1:高频段传输

    移动通信传统工作频段主要集中在 3GHz 以下,这使得频谱资源十分拥挤,而在高频段(如毫米波、厘米波频段)可用频谱资源丰富,能够有效缓解频谱资源紧张的现状,可以实现极高速短距离通信,支持 5G 容量和传输速率等方面的需求。

    高频段在移动通信中的应用是未来的发展趋势,业界对此高度关注。足够量的可用带宽、小型化的天线和设备、较高的天线增益是高频段毫米波移动通信的主要优点,但也存在传输距离短、穿透和绕射能力差、容易受气候环境影响等缺点。

    射频器件、系统设计等方面的问题也有待进一步研究和解决。

    监测中心目前正在积极开展高频段需求研究以及潜在候选频段的遴选工作。高频段资源虽然目前较为丰富,但是仍需要进行科学规划,统筹兼顾,从而使宝贵的频谱资源得到最优配置。

    关键技术2:新型多天线传输

    多天线技术经历了从无源到有源,从二维(2D)到三维(3D),从高阶 MIMO 到大规模阵列的发展,将有望实现频谱效率提升数十倍甚至更高,是目前 5G 技术重要的研究方向之一。

    由于引入了有源天线阵列,基站侧可支持的协作天线数量将达到128根。

    此外,原来的 2D 天线阵列拓展成为 3D 天线阵列,形成新颖的 3D-MIMO 技术,支持多用户波束智能赋型,减少用户间干扰,结合高频段毫米波技术,将进一步改善无线信号覆盖性能。

    目前研究人员正在针对大规模天线信道测量与建模、阵列设计与校准、导频信道、码本及反馈机制等问题进行研究,未来将支持更多的用户空分多址(SDMA),显著降低发射功率,实现绿色节能,提升覆盖能力。

    关键技术3:同时同频全双工

    最近几年,同时同频全双工技术吸引了业界的注意力。利用该技术,在相同的频谱上,通信的收发双方同时发射和接收信号,与传统的 TDD 和 FDD 双工方式相比,从理论上可使空口频谱效率提高1倍。

    全双工技术能够突破 FDD 和 TDD 方式的频谱资源使用限制,使得频谱资源的使用更加灵活。然而,全双工技术需要具备极高的干扰消除能力,这对干扰消除技术提出了极大的挑战,同时还存在相邻小区同频干扰问题。

    在多天线及组网场景下,全双工技术的应用难度更大。

    关键技术4:D2D

    传统的蜂窝通信系统的组网方式是以基站为中心实现小区覆盖,而基站及中继站无法移动,其网络结构在灵活度上有一定的限制。

    随着无线多媒体业务不断增多,传统的以基站为中心的业务提供方式已无法满足海量用户在不同环境下的业务需求。

    D2D 技术无需借助基站的帮助就能够实现通信终端之间的直接通信,拓展网络连接和接入方式。

    由于短距离直接通信,信道质量高,D2D 能够实现较高的数据速率、较低的时延和较低的功耗;通过广泛分布的终端,能够改善覆盖,实现频谱资源的高效利用;支持更灵活的网络架构和连接方法,提升链路灵活性和网络可靠性。

    目前,D2D 采用广播、组播和单播技术方案,未来将发展其增强技术,包括基于D2D的中继技术、多天线技术和联合编码技术等。

    关键技术5:密集网络

    在未来的 5G 通信中,无线通信网络正朝着网络多元化、宽带化、综合化、智能化的方向演进。随着各种智能终端的普及,数据流量将出现井喷式的增长。

    未来数据业务将主要分布在室内和热点地区,这使得超密集网络成为实现未来5G的1000倍流量需求的主要手段之一。

    超密集网络能够改善网络覆盖,大幅度提升系统容量,并且对业务进行分流,具有更灵活的网络部署和更高效的频率复用。

    未来,面向高频段大带宽,将采用更加密集的网络方案,部署小小区/扇区将高达100个以上。

    与此同时,愈发密集的网络部署也使得网络拓扑更加复杂,小区间干扰已经成为制约系统容量增长的主要因素,极大地降低了网络能效。干扰消除、小区快速发现、密集小区间协作、基于终端能力提升的移动性增强方案等,都是目前密集网络方面的研究热点。

    关键技术6:新型网络架构

    目前,LTE 接入网采用网络扁平化架构,减小了系统时延,降低了建网成本和维护成本。未来5G 可能采用 C-RAN 接入网架构。

    C-RAN 是基于集中化处理、协作式无线电和实时云计算构架的绿色无线接入网构架。

    C-RAN 的基本思想是通过充分利用低成本高速光传输网络,直接在远端天线和集中化的中心节点间传送无线信号,以构建覆盖上百个基站服务区域,甚至上百平方公里的无线接入系统。

    C-RAN 架构适于采用协同技术,能够减小干扰,降低功耗,提升频谱效率,同时便于实现动态使用的智能化组网,集中处理有利于降低成本,便于维护,减少运营支出。

    目前的研究内容包括C-RAN的架构和功能,如集中控制、基带池RRU接口定义、基于 C-RAN的更紧密协作,如基站簇、虚拟小区等。

    全面建设面向5G的技术测试评估平台能够为 5G 技术提供高效客观的评估机制,有利于加速5G研究和产业化进程。

    5G 测试评估平台将在现有认证体系要求的基础上平滑演进,从而加速测试平台的标准化及产业化,有利于我国参与未来国际 5G 认证体系,为 5G 技术的发展搭建腾飞的桥梁。

    5G移动通信发展技术未来的趋势

    5G是目前为止移动通信技术最前沿的技术,是通信技术最高境界的表现。国家根据实际情况希望未来的5G通信技术可以朝着两个方向发展,一个是互联网方面,另一个是在物联网方面,致力于解决现存的机械存在的海量通信问题[5]。目前5G移动通信技术成为了世界通信领域都想要研究的对象,我国在2013年就已经成立了5G通信移动技术研究的小组,为更好地服务社会,适应互联网和信息技术的快速发展。

    5G最开始的目标定位是能够使这项技术可以与其他无线移动通信技术之间进行无缝衔接,而且能够根据实际情况进行全方位的服务。现阶段,世界上越来越多的国家已经对5G移动通信技术进行了研究工作,每一个国家都在致力于5G能够对自己本国产生巨大效益,5G技术也开始通过实践研究变得更加完善,这项技术一定会更加清晰并且将会实现巨大的飞跃,并且将来会被广泛使用。5G移动通信不论是给用户更加好的体验还是开展其他方面的业务服务,都必须以移动互联网为载体,换句话说,5G通信技术具有更高的要求是因为它可以最大限度地对云计算和后台服务的需求尽可能地满足,并且不论是在传输质量方面还是在容量方面,.都能够达到所需要的要求。

    一方面,随着互联网技术的发展,5G网络通信也在快速发展完善中,互联网技术也将成为未来网络通信技术发展的平台。现阶段,移动通信技术更新较快,从提出想法到技术实现再到最后的技术成熟和商业的应用,一般需要十来年的周期。并且每一次的周期从开始到结束都能获得技术上的巨大进步。对于我国来说,5G移动通信技术一直处在一种落后的状态。为了实现技术上的更好发展,在新一轮5G通信的竞争中,我国启动了专门面对5G移动通信技术的研究小组,以促进技术上的更好发展。

    另一方面,移动互联网技术的发展也为5G移动通信系统的发展提供了更好的研究基础,使5G移动通信网络有更加高质量的传输和系统效率技术。未来,随着5G移动通信技术的发展,其技术将在三个主要方面得到明显的提升。首先,在无线传输方面,5G通信技术拓展了无线移动通信的宽度,导致通信频率有进一步的提高。其次,与G移动通信技术相比,无线通信频率的利用率更高,实现更好的通信功能。另外,与传统的2G、3G、4G移动通信技术相比,5G移动通信在用户体验方面更为人性化,尤其是在交互式游戏和3D支撑能力方面可以给用户更好地使用体验。最后,5G移动通信系统在其室内移动通信业务.上也有较大的提升。在新的5G通信技术影响下,无线信号的覆盖率更高,实现更好的室内移动信号通信。

    在技术方面,5G通信技术可以实现三个方面的有效提升。首先,在无线传输效率方面,新技术可以实现资源的有效利用率,信号的传输效率更高,可以实现更快的信号传输。速度提升的同时,用户的体验性能得以提升。其次,通信系统更加智能人性化,通信系统的吞吐率更高。采用新的体系结构,使网络吞吐效率提升25倍左右。最后,通过开发可见光、高频段以及毫米波等频率资源,在提高频率资源利用率的同时其使用效率也得到提升,无线通信频率资源得到进一步的提升。

    5G通信技术不论是在智能化方面还是在灵活度方面都比传统的网络技术使用的组网结构和架构都有很大的改进。比如针对异构超密集进行规划分布、利用转发和控制相分离的软件网络架构进行定义。站在无线传最后,5G可以实现更广的连续覆盖,支持更高的移动传输速率,可以实现更好的技术控制,实现无处不在的信号互联,在技术上实现传输时延、虛拟现实以及交互业务,方便用户的使用。并且5G技术可以为物联网提供更高的容量,提升智能手机的使用需求,支持信号传输使用数十倍的设备,可以实现在4G网络所不能完成的在线游戏使用。因此,5G通信网络具有高速率、大连接以及低功耗和低时延的特点,不仅仅可以实现更快的传输效率,并且可以实现更高效的使用,是现阶段万物互联创造的一个新革命。

    目前移动通信网络发展迅速,5G网络通信将在不远的将来投入使用,以满足互联网业务和用户需求不断发展的现状。.为了给用户提供更好地业务体验,我们应该认清发展趋势,不断进行技术研发与改进,为未来的通信服务。从传输的角度来看,频谱资源的利用效率明显得到提升。除此之外,工作人员结合实际情况经过对多天线以及多址接入等技术进行合理的运用,并且对5G移动通信技术的潜能进行更进一步的挖掘。

    因此,5G通信技术在未来可以实现更好的发展,5G网络将突破现阶段信号传播的点传播和信道传播的现状,其信道编码和变异方式将得到很好地拓展。并且,更加注重用户的体验,提升通信传输效率,并且提升吞吐效率进而3D传输效率,实现更好的网络使用性能。并且,5G通信技术大多使用低频段频谱资源,大幅度改善频谱资源的应用,结合无线与有线技术,解决高频无线电穿透力弱的特点,获得更多频道的资源,实现无处不在的无线信号覆盖,设计更加优化,解决现阶段信号传输方面的问题,尤其是在室内通信方面,更加提升其性能。最后,通过技术的改进,通信网络更加完善,更为健全,可以实现多点、多面甚至多用户端的使用效果,优化系统设计的目标。

    结语

    随着科学技术水平的不断提升,信息技术处于迅猛发展的趋势。在移动互联网以及物联网业务快速发展的条件下,加快了第五代移动通信技术(5G)商业化的进程,继而取代了4G时代,由于5G移动通信关键技术具有安全性高、能耗低和成本低等特点,所以能够满足全新时代下移动通信行业发展的.需求。5G通信已经成为现代技术已经成为未来网络通信的趋势,使网络资源的应用得到进一步提升。

    5G通信技术很大程度上推动了国家的发展,因为这项高端技术,对于构建一个更加高效和安全的网络时代有着非常正面的意义,越来越多的国家重视这项技术,我国也在5G通信技术上进行了大力研究,并且取得了很好的效果。未来5G-定会被广泛应用,普及到每一一个角落,是时代的改变也是我们这些用户的福利。

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