2012年12月20日09:56
本连载将与大家聊聊无线技术的最新动向。
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。
3GPP展开行动
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1：LTE普及，后LTE-A也将展开
图中总结了未来移动通信技术的发展方向。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。
使用多家运营商
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已经开始采用的“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，能够实现超过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。其中备受关注的功能有“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可以使用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。
HetNet逐渐浸透
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。
后LTE-A开发也将展开
接下来的2016～2019年是LTE-Advanced的全面普及期。到2016年左右，1个通道可以利用的带宽估计为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，各公司已经就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”。
图2：提出新一代规范技术方案
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、多天线技术、支持M2M和D2D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。这样的利用方式可以发挥其特性，把使用范围集中于流量需求大的小范围区域。
流量超过500倍
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和通信设备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。
图3：对新的效率提高技术寄予厚望
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方式扩大带宽的同时，通过改善多路访问方式，提高频率利用效率。
另外，为了满足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能够实现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）
