7月17日,由工業和信息化部指導,IMT-2020(5G)推進組聯合中國通信標準化協會共同主辦的2019年(暨第七屆)IMT-2020(5G)峰會在北京開幕。為期兩天的峰會以“5G商用 共贏未來”為主題,邀請工信部領導以及數十家國內外主流移動通信和行業應用單位專家500多人參加會議,集中探討5G技術、標準、試驗、產業等最新進展與趨勢等最新進展與發展趨勢。
以下為演講全文:
謝謝馬總的介紹!各位領導、各位嘉賓,大家好!我是來自聯發科的雷敏,今天很高興有這樣機會參加IMT-2020的5G峰會,跟大家分享聯發科的觀點,我們會從芯片商的角度談談5G的基于以及對MODEM的挑戰。
大家對5G三大場景已經非常熟悉了,隨著5G牌照的發放,5G將首先商用eMBB場景,將給終端用戶帶來極致的互聯網體驗。
另一方面,具有超高能力的互聯網網絡講于人工智能、大數據、云計算結合在一起,構建新一代的移動互聯網網絡。
5G不僅在移動通信領域邁出了革命性的一步,也為各行各業創造出前所未有的一個商機。
在萬物互聯的5G時代,我們一直致力于開發出領先、極致、創新的產品,讓每個人都能“用得著、付得起、買得到”5G新產品,這就是聯發科的3A理念。我們先回顧一下聯發科的5G研發之路,我們從標準、芯片開發等同步進行5G的研發。2014年啟動了5G研究技術項目,同時在5G 3GPP進行研究,推動多個技術國際標準化,同時在技術領域也作為發起人。在研發早期我們通過原型機驗證5G關鍵技術,2015年就完成了全球第一套39G Hz毫米波原型機。2016年在MWC展示了雙連接和波束追蹤等新技術,,2017年加入了IMT-2020推進組5G試驗二階段,和合作伙伴一起驗證sub-6G Hz的峰值速率。隨著R15標準的凍結,我們持續加大了研發力度,去年底推出了M70 5G MODEM,正在參加5G三階段的測試,從實驗室到外場到與設備廠商進行互聯互通測試,希望通過完整的驗證和IOT測試推動整個5G產業鏈的成熟。
今年5月份,我們推出了首款5G SOC,在演講最后會為大家作一個詳細介紹。
首先看一下最新的一個M70測試結果。首先是一致性測試,sub-6G協議、射頻一致性測項還在逐步認證推出中,目前M70已經通過了已認證的一致性測項。吞吐率測試結果分別是在N41,N78兩個頻段上做測試,這兩個頻段分別采用5ms的單周期和2.5ms雙周期幀結構,不同的上下行配比,理論上下行峰值吞吐率是1.68Gbps和1.46Gbps,實際測試中M70采用SRS天線輪發,基站調度下行4流,256 QAM。實際測試的結果接近了理論峰值。同時上行吞吐率可達185~270Mbps,遠超4G上行吞吐率。
移動測試,車載移動,在獨立組網、SA場景下,N78頻段,當小區輕載時,切換成功率100%,業務保持的平均吞吐率達到下行617Mbps和上行163Mbps。這些結果來自不易,包括研發和測試人員的辛苦付出,也要感謝信通院專家的指導以及合作伙伴們的大力支持,這樣才能在國考中交出一個圓滿的答卷。
根據我們最新的測試結果以及早上王院給出的結果來看,5G的端到端整體成熟度也接近了商業需求,接下來根據用戶的體驗提升5G。
回到今天的主題,5G帶來了無限的可能,但是同時對5G modem的設計也帶來了很大的挑戰。對于普通用戶而言,前面提到了極致峰值速率固然讓人欣喜,但是消費者終極是希望得到更好的用戶體驗,只有用戶體驗得到真正的改善,5G帶來的網絡提升才有價值,才有意義。
對于普通用戶來說,更關心的是5G信號質量好不好,能否保持通常連接。其次關心的是手機有沒有電,因為在當今4G時代,4G手機基本上就是一天一充電,重度用戶基本上會攜帶快充電源線或者充電寶不離手,手機續航能力是用戶體驗的一個重要指標。
用戶體驗還有一個重點是應用案例的開發,需要開發出一些應用場景滿足不同的需求。從2G、3G、4G的發展歷程來看,都是先有通信技術革命性的變化,才衍生出有某個殺手級的應用,所以這個方面我們并不是特別擔心。
今天我們會集中討論一下上行覆蓋和手機功耗兩個方面的挑戰,以及聯發科的解決方案。
首先是上行覆蓋,是業界非常關注的問題,對于終端來說,因為終端的發射功率是受限的,TDD頻率上行覆蓋更是一個短板,因為允許發的時機是受限的,5G大部分的中高頻段都是TDD頻段。我們以NSA來看,還進一步面臨終端上行發射功率需要在LTE/NR之間做共享的問題,通常有兩種功率共享方案,一個是SUO,一種是DPS。SUO顧名思義,在一個時間只會在一個RAT上發上行,但是該方案導致每個RAT的上行時機減少。DPS是動態功率共享,UE即使移動到小區邊緣,仍然能夠維持兩個上行鏈路,在保證LTE上行覆蓋的基礎上,最大化了NR上行吞吐率,我們的系統仿真結果表明DPS比SUO平均有28%的上行的改善。
在3GPP的標準當中,對于上行控制信道PUCCH并沒有定義任何發送分集方案,但是我們可以通過兩個天線可以實現預編碼發送分集的,這樣的發送分集方案對于基站是透明的,并不會增加基站額外處理復雜度,系統仿真結果也表明,這種預編碼方案能夠提高27%到60%的一個覆蓋改善,同時對于提升HARQ和CSI feedback)穩定性也有幫助。
最直接的上行覆蓋解決方案就是提升發送功率,也就HPUE,采用功率等級2, 26dBm最大發射功率,直接提升上行覆蓋,改善上行容量。在系統仿真中,我們做了N41 Uma的一個仿真,3dB power gain等效于增加了40%的覆蓋范圍,同時上行的吞吐率也有25%的一個改善。
接下來看一下功耗問題。其實NR的終端功耗問題是非常嚴重的,首先NR支持更大的帶寬、更高的速率和更低的延遲,這都需要modem的處理速度更快,clock rate更高,都無疑會帶來更多的功耗。初步分析表明,sub-6G 5G modem的功耗會是4G的modem的2到3倍。5G modem很可能會出現散熱問題,業界普遍認為5G modem已經成為繼CPU/GPU后新的手機發熱源頭。
另一方面,從手機的整體設計來看,由于要向下整體兼容,同時要支持2G、3G、4G,同時支持5G的NSA和SA,更多的天線,包括RF前端器件,這些無疑都會擠壓手機的一個電池空間。超強的手機續航能力對普通用戶來說是剛需,但是對芯片廠商和手機廠商是一個痛點。
這邊先以4G用戶的一個DOU切入一下看看有什么樣的解決方案,一個用戶手機一天80%以上的時間都處于非數據傳輸時間,這個非數據傳輸包括待機或者是僅有控制信道但是沒有調度的數據業務的場景。
這些非數據傳輸所占的功耗大概是整個modem功耗的60%。其實這些非數據傳輸并不需要開一個100M Hz的大帶寬,如果有一個動態的帶寬切換方案,這將對于功耗改善有巨大的幫助。
先來看一下3GPP標準上是怎么定義動態帶寬切換的,在R15引入了BWP,就是帶寬分段的節電方案,就是希望動態調整終端帶寬,在保持傳輸性能同時最大化節電的效果,讓終端的電池真正做到物盡其用。
比如終端在接入和待機的時候,都盡可能待在窄的帶寬上,連接態需要適應不同的流量甚至業務類型配置不同的終端帶寬。聯發科技在3GPP中作為BWP一個重要的貢獻者,我們目前持續跟3GPP其他公司推R16的一些新的省電方向,包括在CDRX下power saving signal/channel設計,以及R17會把省電從終端側拓展到網絡側,希望通過大家的共同努力,讓5G通訊系統更加綠色節電。
這里以一個視頻業務為例,看一下BWP的節電效果。如果傳輸的是一個4K高清視頻,對于LTE來說帶寬窄,容量小,需要更多時間傳遞大包的視頻數據。NR擁有大帶寬了,可以在短時間內傳輸完大數據包,但是傳輸完之后,如果終端仍然維持在大帶寬下監聽PDCCH信道,無疑仍會消耗不少電量。而BWP可以及時動態靈活調整終端帶寬,極致情況下可以讓終端帶寬適配到流量上去。系統仿真結果表明NR搭配BWP上能量效率上有明顯的優勢,比100M帶寬的NR節省節省50%以上的能耗。
對于R15這樣一個幾個重要的節電特性BWP,我們的芯片已經完全能夠支持了,業界也越來越重視終端的功耗,不管是國標還是運營商的終端白皮書里面,BWP都被視為了必選。
整個低功耗的落地是需要各方面共同努力的,除了R15 BWP的引入之外,連接態下非連續接收CDRX,也是一種改善終端功耗的方案,通過設置合理的CDRX周期,on-duration,inactivity timer,TRS等參數,在沒有數據的情況下,可以通過關閉UE的接收鏈路,降低功耗。CDRX搭配上BWP可以進一步改善終端的一個續航。
這里我們也進一步推薦跨時隙調度的參數配置,一臺手機大多數情況下只有PDCCH(,并沒有對應調度的數據業務,在這個情況下,如果第N個時隙持續的數據業務沒有被N-1時隙的PDCCH調度,那么終端在接收完第N個時隙的PDCCH后即可關斷RF,就可以直接進入休眠狀態,3GPP標準完全支持跨時隙調度,只是把K0配置為1即可。我們的系統仿真結果表明在PDCCH only場景下,采用跨時隙調度能夠提供20%以上的節電效果,而此時引入的空口延遲在30kHz的子載波下,比非跨時隙調度僅增加0.5ms,這在eMBB場景是完全可以接受的。
如果下行做高速接收,上行一直采用峰值速率發送,終端可能面臨過熱問題,嚴重情況下,終端不得不直接斷鏈關機重啟,R15中已經提供了一種過熱解法,UE可以通過RRC信令上報能力降低,網絡響應這個請求,降低UE能力,鏈路仍然可以維持下去。
所有這些終端節電的解法都有賴于端到端的一個支持,我們希望和業界伙伴一起推動省電方案的落地,從源頭上改善手機的一個續航能力。
接下來跟大家分享一下聯發科技最新的5G SOC的單芯片的消息,SOC單芯片在整個移動生態體系中扮演著重要的角色,運營商伙伴一直強調5G商業化的標志是規模化的發展,其中終端規模化是關鍵,面向終端的規模普及,終端單芯片是一個終極的一個解決方案。
聯發科技在過去十余年一直致力于系統單芯片的開發,這款最新的5G單芯片采用了7納米的制程,高性能低功耗率先采用了A77和G77,搭配最新的APU3.0,搭載M70 modem,前面提到的上行覆蓋和低功耗方案已經內置其中。這款SOC擁有優異的架構,強大的影像功能和AI性能,搭配超高速5G,會給用戶帶來很好的使用體驗。
這款SOC今年Q3向主要客戶送樣,首批搭載5G SOC的終端預計是明年一季度上市,聯發科技會加速5G芯片的上市,加速5G商業的成熟。
面對5G生態的加速,我們希望用5G新技術積極與產業界緊密合作,持續推動5G的技術的普及,共創5G未來,謝謝大家!
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