研发方向


LTE/LTE-A/5G/B5G

以蜂窝移动通信系统为主要代表的无线通信系统在过去二十年获得了跨越式发展,已经成为信息社会最主要的基础设施平台之一。它从最初以模拟技术为基础的1G系统,到基于TDMA技术的2G GSM系统、基于CDMA技术的3G UMTS/CDMA2000系统,发展到今天基于OFDMA技术的LTE系统及其演进的4G LTE-Advanced系统。

当前,以LTE为代表的具有高带宽、高速率的下一代宽带蜂窝移动通信系统研发及产业链已走向成熟,并已在全球许多国家和地区实现了商用。Pyramid Research发表的市场分析报告指出,在2010年至2014年间,LTE用户将以404%的复合增长率(CAGR)快速增长,LTE市场规模将达到115亿美元。该增长率将比以前包括3G在内的任何一种移动标准都快。

LTE系统提供了比当年的GPRS服务高达1000倍的速率,但这仅仅是宽带无线通信时代的初始阶段。一般认为,数据业务将在未来5年内实现15-30倍的高速增长;部分观点认为,至2020年可达目前业务总量的250-1000倍。

面对快速增长的云计算、物联网、异构网(HetNet)、体域网(BAN)等各种新业务需求,以LTE/LTE-A为代表的4G系统在小区覆盖、系统容量、服务稳定性、移动鲁棒性、节能环保等许多方面仍有极大的发展空间:

  • 频段使用:可使用更高的毫米波(mmW)频段、应用认知无线电(CR)技术共享未授权频段、通过载波聚合(CA)技术将各频段进行组合等,支持各种新型的热点接入服务;
  • 频谱效率:需进一步提升频谱利用率及传输速率,降低端到端传输延迟,通过高阶调制(如256QAM)、多点协作(CoMP)、干扰协调与管理(ICIC/eICIC)、3D MIMO、Massive MIMO、FD/FB-OFDM等技术,实现频谱效率和频率复用的最大化;
  • 密集组网:根据不同场景,利用光纤回程和智能混合组网技术部署各种类型的小基站(如pico、femto、relay等),对用户密集的区域采用多层(cell layers)覆盖,极大提升小区边缘用户体验;
  • 设备交互:LTE-A及其演进系统将成为支持机器间通信(M2M)、设备间通信(D2D)等传统或非传统类型的终端之间实现高速信息交互的系统平台,彻底消除现有公共安全设备普遍存在的互操作问题,特别是当地震、海啸、飓风等强自然灾害摧毁传统电信基础设施时,仍能维持安全设备之间的有效互通;
  • 绿色节能:电力能耗占运营商目前约30%的OPEX,而电能的50%为各类功率放大器所消耗。采用低发射功率模式、扁平化网络、基带资源池并融合云计算与大数据技术的新型RAN架构,可极大地降低传统基站的能耗,实现绿色通信。

目前全球已开展对5G/B5G相关技术的研究与标准化。本团队拟在5G/B5G系统与网络的框架下,对以下方向进行探索:

  • 多功能多天线(MF-MIMO)
  • 多小区干扰协调与管理
  • 智能小基站异构网
  • 高速陆地交通系统的移动中继
  • 物联网/M2M/D2D技术与应用
  • 新型多模无线通信技术

可见光通信(VLC/LiFi)

尽管LTE网络为满足当前的数据业务应用需求提供了比以往任何通信系统都更有力的保证,但随着全球经济的日益增长和以移动互联网为载体的信息社会的迅速发展, 用户对无线通信网络的带宽需求呈现加速增长的趋势。UMTS论坛预计,到2020年全球移动网络的年度流量将达到2010年的33倍。

面对呈指数增长的无线通信设备数量以及各种新型的富媒体、云计算、可穿戴式设备业务的涌现,传统的基于射频(Radio Frequency,RF)的无线通信网络面临着频谱资源日益紧缺、网络拥塞日趋严重等突出问题。工信部电信研究院认为,未来10年移动数据业务的爆发式增长将导致多个国家的频率需求出现较大缺口。在4G LTE-A系统的频谱利用率已达到15-30bits/s/Hz的情况下,当前的传统无线通信系统所能支持的最高数据速率已接近其理论传输极限。因此,迫切需要开发更多的无线频谱,综合使用无线技术演进、增加网络节点密度、部署异构网络等组合手段来应对飞速增长的数据业务要求。


在此背景下,可见光通信(Visible Light Communications,VLC,又称LiFi)技术的出现,为传统RF无线通信系统提供了一个重要的补充,为下一代无线通信系统与网络的演进注入了新的强大动力。VLC技术具有以下的特点:

  • 可见光波所在的宽广频段无需授权即可使用,在该频段可实现灵活、高速的数据传输而不会对现有的RF无线通信系统产生干扰;
  • VLC通常利用发光二极管(Light-Emitting Diode,LED)照明设备发出的人眼不可辨识的高速闪烁信号来传输信息,无电磁辐射污染。且LED照明设备兼具环保、节能的突出优点,可实现“绿色”通信;
  • VLC系统可同时提供照明与通信的功能,在室内、室外均可最大限度地重复利用已广泛部署的常规电力线设施进行数据传输,很大程度上避免了RF基站选址困难、建站成本高、后期维护工作量大的缺点;
  • 可见光具有较强的方向性和低穿透性,在无光照区域不会产生信息泄露,通信保密性更好,空间复用度更高;
  • VLC技术和半导体照明技术的深度耦合,将会产生可观的协同效应,为开发新的网络应用提供了可能,如精确室内定位、交通控制、水下通信等,将进一步加速照明、通信两个行业的协同发展。
2011年,VLC技术被美国《时代周刊》评为全球50大发明之一,在全球范围内得到了广泛的关注。特别指出,VLC技术与RF无线通信技术各有优缺点,前者的未来发展定位并非是取代后者,而是与后者形成互为补充的关系。在许多RF无线通信技术不能发挥作用或因其成本及其他因素而受到较大限制的场景下,VLC有着令人振奋的应用前景。而在一些特定场景下,VLC也可与现有无线通信技术组成异构网络(Heterogeneous Networks),实现综合成本更低、应用更灵活的高性能网络系统。

作为信息通信领域的一项新兴技术,VLC在世界范围内的发展整体上仍处于初期阶段,我国在该领域的基础研究和实际应用方面与国外发达国家的差距并不明显。从目前国内外已公开的资料来看,大多数VLC系统均为实验室技术验证与演示原型或简单的初期产品,各种商业化应用仍处于起步阶段。在该领域内仍存在着许多技术挑战,还有大量的问题有待进一步的研究和解决。

具体可在以下方向进行探索:

  • VLC信号的高阶调制与传输
  • MIMO/OFDM-VLC
  • VLC信道估计与符号检测
  • 多用户VLC系统
  • 高精度室内定位

欢迎广大有志于报读硕士、博士研究生的同学或同行与我们交流!

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