《高頻通信關(guān)鍵問題研究【論文】》

G終端中高頻通信關(guān)鍵問題分析目錄TOC\o"1-3"\h\u9151引言 218181.1研究背景 2125261.2國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 2198841.3研究?jī)?nèi)容 4170092終端中高頻通信關(guān)鍵問題研究分析 4302272.15G網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)架構(gòu) 432132.1.1SA獨(dú)立組網(wǎng) 5162382.1.2NSA非獨(dú)立組網(wǎng) 6257392.25G終端射頻設(shè)計(jì) 766312.35G終端引起的自干擾問題 8127752.3.1互調(diào)干擾 938672.3.2諧波干擾 9244732.45G終端自干擾消除問題 10283552.5研究分析5G終端的射頻解決方案 12216422.5.1射頻實(shí)現(xiàn) 12270922.5.2天線設(shè)計(jì) 1253193運(yùn)營(yíng)商5G終端引入建議 1322380結(jié)論 1531023參考文獻(xiàn) 161引言1.1研究背景5G標(biāo)準(zhǔn)化工作正在進(jìn)行中，應(yīng)于2020年正式啟動(dòng)。5G網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)志性技術(shù)指標(biāo)是為用戶提供Gb/s的傳輸速度，可以達(dá)到4G最大傳輸速率的10倍，最終達(dá)到端到端延遲可以減少到0.1秒。此外，用戶需求和5G應(yīng)用場(chǎng)景也將更加多樣化。5G與智能家居，物聯(lián)網(wǎng)和AI技術(shù)的結(jié)合是主要研究業(yè)務(wù)的中心[1]。隨著信息網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的發(fā)展，對(duì)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的要求逐漸增加。為了滿足公眾的實(shí)際需求，在原始移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了該團(tuán)隊(duì)的5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。與4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)相比，5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的傳播速度大大提高。同時(shí)，通過提高頻譜利用率，可以進(jìn)一步提高信息資源的利用率，信息空間通信的優(yōu)勢(shì)更加明顯。為此，有效利用5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以進(jìn)一步提高信息發(fā)布的速度，滿足現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)用戶的需求，并進(jìn)一步提高信號(hào)覆蓋范圍以確保穩(wěn)定性。作為新時(shí)代網(wǎng)絡(luò)通信的研究對(duì)象，5G移動(dòng)通信仍致力于基于4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的無線信號(hào)范圍研究，致力于信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性并結(jié)合智能技術(shù)的使用，具有多樣性，未來的發(fā)展趨勢(shì)更加智能[2-3]?？偠灾ヂ?lián)網(wǎng)時(shí)代的發(fā)展導(dǎo)致了移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)的出現(xiàn)。現(xiàn)代人對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)提出了更高的要求，必須保證移動(dòng)信號(hào)的穩(wěn)定性和信息傳輸?shù)乃俣取榇耍?G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的搜索速度正在加快。在新的傳輸技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步構(gòu)建了更加實(shí)用的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，以促進(jìn)移動(dòng)通信的發(fā)展，使其變得更加智能，并開創(chuàng)了更加現(xiàn)實(shí)的移動(dòng)通信時(shí)代[4-6]。1.2國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀5G系統(tǒng)是面向2020年后移動(dòng)通信發(fā)展需求而出現(xiàn)的新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)，根據(jù)《IMT-2020(5G)推進(jìn)組-5G愿景與需求白皮書-V1.0》要求：效率，能源效率和其他方面應(yīng)大大提高。更具體地說，盈利能力和能源效率必須比以前的通信系統(tǒng)高一百倍以上，頻譜效率也必須提高5到15倍。在3G和4G階段，使用的頻帶主要集中在3GHz以下。即使在后4G時(shí)代，也僅提出了3-6GHz候選頻帶。5G系統(tǒng)是從4G系統(tǒng)的發(fā)展演變而來的。在保持原始4G頻段的基礎(chǔ)上，還將考慮6GHz以上的頻段，就像未許可的毫米波頻段一樣。由于5G的未來發(fā)展?jié)摿薮?，將帶來巨大的?jīng)濟(jì)效益。為了占領(lǐng)市場(chǎng)，世界上許多國(guó)家都加入了5G技術(shù)的發(fā)展行列，中美兩國(guó)在5G技術(shù)的研發(fā)方面投入了大量資金[7-9]。2013年5月，韓國(guó)三星電子有限公司宣布已成功開發(fā)5G核心技術(shù)，以支持波段中高達(dá)1Gbps的數(shù)據(jù)速率。毫米的28GHz，最大傳輸距離可以達(dá)到2公里。2014年7月，瑞典愛立信宣布在5G技術(shù)無線通信測(cè)試中，峰值數(shù)據(jù)傳輸速率已達(dá)到5Gbit/s，是最高4G系統(tǒng)傳輸速率的50倍。但是，這僅僅是實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的結(jié)果，在正式的商業(yè)部署階段，5G系統(tǒng)的傳輸速率將大大下降。2016年8月，諾基亞芬蘭公司和貝爾實(shí)驗(yàn)室在加拿大完成了5G信號(hào)測(cè)試。在測(cè)試過程中，諾基亞使用了73GHz的毫米波頻段，數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到了現(xiàn)有4G系統(tǒng)的6倍。2016年12月，英特爾與美國(guó)運(yùn)營(yíng)商AT＆T在德克薩斯州奧斯汀市共同啟動(dòng)了第一批5G商業(yè)客戶試用。并且，英特爾宣布已開發(fā)出一種可以支持39GHz毫米波段的集成電路。2018年11月，F(xiàn)CC在美國(guó)舉行的第一批28GHz毫米波拍賣會(huì)超過3600萬(wàn)美元。預(yù)計(jì)28GHz頻段將成為美國(guó)5G部署的重要頻段之一。美國(guó)的兩個(gè)主要運(yùn)營(yíng)商AT＆T和Verizon已經(jīng)在毫米波頻段上啟動(dòng)了相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。該頻段可以為運(yùn)營(yíng)商提供大量頻譜資源，從而使他們能夠?yàn)橛脩籼峁┣д谉o線網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率[10-12]。中國(guó)已成為5G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定的世界領(lǐng)導(dǎo)者。大唐集團(tuán)于2011年開始5G技術(shù)研究，并于2013年提出了5G關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，這些指標(biāo)已被納入國(guó)際電信聯(lián)盟的愿景和5G框架提案中。此外，中國(guó)移動(dòng)和中國(guó)聯(lián)通的兩家主要運(yùn)營(yíng)商也在積極推動(dòng)5G產(chǎn)業(yè)的配置。例如，在2015年7月的GTI世界峰會(huì)上，中國(guó)移動(dòng)發(fā)布了《中國(guó)移動(dòng)愿景2020+白皮書》；2015年9月，中國(guó)聯(lián)通發(fā)布了新一代CUBE-Net2.0網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，在此架構(gòu)基礎(chǔ)上開發(fā)的NFVIoT專用網(wǎng)成為5G核心網(wǎng)的重要組成部分。2016年，中興通訊成功在FDD-LTE網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模MIMO技術(shù)的應(yīng)用，并成為業(yè)內(nèi)首家大規(guī)模推出MIMOFDD-LTE解決方案的通信設(shè)備制造商。其5G空中接口標(biāo)準(zhǔn)分別定義了uRLLC，mMTC和eMBB的三個(gè)主要應(yīng)用場(chǎng)景，以實(shí)現(xiàn)超高可靠性，低延遲，機(jī)器通信和更高的帶寬。華為從2009年開始研究5G技術(shù)，并在頭10年內(nèi)投入了數(shù)十億美元。在之前的第187次3GPPRAN會(huì)議上，有關(guān)5G短碼解決方案的討論，華為推薦的PolarCode解決方案被一致認(rèn)為是對(duì)5G控制信道的靈活規(guī)劃場(chǎng)景進(jìn)行編碼的最終解決方案。華為將5G技術(shù)與無人駕駛，物聯(lián)網(wǎng)，AR技術(shù)和VR技術(shù)相結(jié)合，以改善5G技術(shù)的服務(wù)范圍。2018年9月5日，中國(guó)聯(lián)通發(fā)布了“5G+視頻”促銷計(jì)劃，該計(jì)劃將在5G產(chǎn)業(yè)鏈中開放更多的舞臺(tái)應(yīng)用。中國(guó)電信還與中興通訊公司合作，完成了在新的雄安區(qū)和蘇州的5G電信網(wǎng)絡(luò)測(cè)試階段的測(cè)試。上海將在2020年底之前領(lǐng)導(dǎo)5G廣告開發(fā)，并有望達(dá)到10,000個(gè)5G基站的部署規(guī)模[13]。2019年，中國(guó)電信，中國(guó)移動(dòng)，中國(guó)聯(lián)通和中國(guó)廣播電視局正式獲得5G商業(yè)牌照，中國(guó)進(jìn)入5G商業(yè)使用元年。同年11月，中國(guó)開設(shè)了11萬(wàn)多個(gè)5G基站，首批5G終端產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)。同時(shí)，春節(jié)聯(lián)歡晚會(huì)期間的5G實(shí)況轉(zhuǎn)播以及國(guó)慶70周年以來的實(shí)況轉(zhuǎn)播確保了啟動(dòng)5G的足夠受歡迎。從2020年的角度來看，中國(guó)5G終端機(jī)將逐步豐富，全場(chǎng)景的生態(tài)設(shè)計(jì)將顯著增加市場(chǎng)規(guī)模;5G基帶芯片通常是高度集成的，而RF芯片的需求很高。短期來看，Android和iOS壟斷了操作系統(tǒng)市場(chǎng)格局，輕量級(jí)的IoT操作系統(tǒng)引起了人們的關(guān)注。中國(guó)繼續(xù)關(guān)注5G重大事件，醫(yī)學(xué)教育和智慧城市，在終端行業(yè)進(jìn)行示范應(yīng)用。1.3研究?jī)?nèi)容查閱5G移動(dòng)通信（如網(wǎng)絡(luò)、終端等）的相關(guān)文獻(xiàn)資料，學(xué)習(xí)5G網(wǎng)絡(luò)的基本知識(shí)，如5G網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)架構(gòu)、終端射頻設(shè)計(jì)等。重點(diǎn)對(duì)終端在5G頻段下因引入中高頻技術(shù)可能引起的自干擾問題進(jìn)行研究，分析業(yè)界解決方案（如增加干擾消除電路，頻分調(diào)度以及時(shí)分調(diào)度）并對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)比較。同時(shí)，研究不同的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商在引入5G終端時(shí)應(yīng)如何考慮解決終端的自干擾問題；另外，研究分析5G終端的射頻解決方案。2終端中高頻通信關(guān)鍵問題研究分析2.15G網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)架構(gòu)從1G的模擬電話到4G的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，每一代系統(tǒng)都定義了唯一的一種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)，而對(duì)于5G，總共提出了8種可選系統(tǒng)架構(gòu)。如圖1所示，其中Option1-2和option5-6為獨(dú)立組網(wǎng)SA，Option3-4和Option7-8為非獨(dú)立組網(wǎng)NSA。圖15G標(biāo)準(zhǔn)的SA和NSA網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)2.1.1SA獨(dú)立組網(wǎng)從1G到4G，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)采用的均是獨(dú)立組網(wǎng)SA，即是圖1中Option2的連接方式：無線網(wǎng)與核心網(wǎng)對(duì)應(yīng)方式接入。其中核心網(wǎng)有能夠適配無線空口技術(shù)的特點(diǎn)。2G網(wǎng)絡(luò)采用全數(shù)字化的電路域，到2.5G時(shí)，增加了分組域。3G合并了2G和2.5G的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)繼續(xù)發(fā)展，4G對(duì)分組域進(jìn)行了優(yōu)化，因此4G更適合IP數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，并以分組域外接的IMS域替代了電路域。對(duì)于5G，其最重要的任務(wù)目標(biāo)便是讓客戶的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在峰值速率以及通信時(shí)延上獲得更好的使用體驗(yàn)。其中峰值速率為10Gb/s，空口通信時(shí)延最低1ms，端到端時(shí)延最低是10ms。因此，能夠滿足在諸如機(jī)器類通信等業(yè)務(wù)場(chǎng)景上的應(yīng)用。在考慮無線通信網(wǎng)絡(luò)上，業(yè)務(wù)速率和通信時(shí)延上是移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中的弱勢(shì)。為了增強(qiáng)速率以及降低時(shí)延有以下兩種方案：1.引入1024QAM技術(shù)，增強(qiáng)LTE，同時(shí)也可以引入增強(qiáng)載波聚合技術(shù)等。2.定義新的5GNR，在高頻段擁有豐富的頻譜資源，以及幀結(jié)構(gòu)的靈活性來提高速率，降低時(shí)延。在以上兩種建議下，第二種定義5GNR是更具優(yōu)勢(shì)的，在4G核心網(wǎng)上重新建立接口協(xié)議以及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)便形成5GC。為指定客戶提供QoS采用“網(wǎng)絡(luò)切片”技術(shù)。綜上，靈活的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能為用戶帶來更快的業(yè)務(wù)速率以及高質(zhì)量的業(yè)務(wù)管控服務(wù)。同時(shí)包括QoS的限制以及保障等。因此采用5GNR接入5GC核心網(wǎng)的組網(wǎng)架構(gòu)對(duì)于運(yùn)營(yíng)商來說不失為一種最為合適的選擇。2.1.2NSA非獨(dú)立組網(wǎng)NSA非獨(dú)立組網(wǎng)是利用4G的基礎(chǔ)設(shè)施來對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行部署，滿足需要高速下的應(yīng)用場(chǎng)景?；贜SA架構(gòu)的5G載波僅承載用戶數(shù)據(jù)，其控制信令仍通過4G網(wǎng)絡(luò)傳輸。非獨(dú)立組網(wǎng)對(duì)成本費(fèi)用上要節(jié)省，但因此會(huì)比SA獨(dú)立組網(wǎng)復(fù)雜。在NSA下，不得不提到雙連接技術(shù)。在雙連接下，終端能夠同時(shí)與兩個(gè)無線基站進(jìn)行連接，同時(shí)終端處于這兩個(gè)無線基站共同覆蓋的區(qū)域內(nèi)。也就是說，在雙連接技術(shù)下，終端能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)4G和5G的同時(shí)通信，并分出一條主連接和從連接，取其中一個(gè)基站為主節(jié)點(diǎn)，另一個(gè)基站作為輔節(jié)點(diǎn)。主節(jié)點(diǎn)能夠?yàn)榻K端提供接入網(wǎng)絡(luò)的信令控制并進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)；輔節(jié)點(diǎn)能夠?yàn)榻K端提供主節(jié)點(diǎn)以外的用戶面數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)資源。圖1中右側(cè)的組網(wǎng)模式為5G非組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其中，5GNR基站是選擇3和7的輔節(jié)點(diǎn)，選擇4和8的主節(jié)點(diǎn)。4GLTE是選擇3和7的主節(jié)點(diǎn)，4和8的輔節(jié)點(diǎn)。在選項(xiàng)3系列，連接4G核心網(wǎng)建立基站，4G同時(shí)作為控制面錨點(diǎn)。在5G部署的初始階段較為適用。7系列的組網(wǎng)方式是建立在3系列基礎(chǔ)上，將其中的4G核心網(wǎng)換成5G核心網(wǎng)便是7系列的組網(wǎng)方式。其中的4G基站也應(yīng)相應(yīng)增強(qiáng)。在4系列組網(wǎng)方式下，4G基站和5G基站公用5G核心網(wǎng)，其中主站是5G基站，從站是4G基站。SA的體系結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，而NSA的體系結(jié)構(gòu)則更復(fù)雜。與SA相比，NSA的優(yōu)勢(shì)主要包括：（1）使用當(dāng)前成熟的4G網(wǎng)絡(luò)增加了5G覆蓋范圍。由于移動(dòng)電話終端的傳輸功率有限，因此5G網(wǎng)絡(luò)的范圍主要限于上行鏈路（即手機(jī)向基站發(fā)送信號(hào)），然后與4G網(wǎng)絡(luò)（NSA）共享的網(wǎng)絡(luò)可以擴(kuò)展單個(gè)5G站點(diǎn)的范圍;（2）NSA標(biāo)準(zhǔn)提前終止，產(chǎn)品更加成熟。NSA比SA標(biāo)準(zhǔn)更先進(jìn)，因此產(chǎn)品圖也日趨成熟。目前，中國(guó)5G推廣小組已基本完成了NSA的大部分測(cè)試工作；（3）無需建立新的核心網(wǎng)絡(luò)。在NSA網(wǎng)絡(luò)中，5G基站將使用現(xiàn)有的4G核心網(wǎng)絡(luò)，而無需建立5G核心網(wǎng)絡(luò)。但是，與SA相比，NSA體系結(jié)構(gòu)還具有以下缺點(diǎn)：（1）必須繼續(xù)修改4G實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)。如上所述，NSA是4G網(wǎng)絡(luò)和5G網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，因此不可避免地需要對(duì)現(xiàn)有4G網(wǎng)絡(luò)（包括無線和核心網(wǎng)絡(luò)）進(jìn)行現(xiàn)代化改造；同時(shí)5GNR應(yīng)用頻段更高，范圍現(xiàn)在更小4G網(wǎng)絡(luò)密度無法覆蓋5G范圍。（2）現(xiàn)有設(shè)備供應(yīng)商的結(jié)構(gòu)無法調(diào)整。在網(wǎng)絡(luò)模式下，NSA更加依賴設(shè)備的初始投資。NSA的使用要求互操作性統(tǒng)一，并且仍然需要購(gòu)買原始網(wǎng)絡(luò)制造商的設(shè)備。運(yùn)營(yíng)商無法再次劃分設(shè)備制造商的投資結(jié)構(gòu)。（3）當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)無法滿足高可靠性和低5G延遲的要求。NSA不需要建立新的5G核心網(wǎng)絡(luò)，NSA需要使用4G無線無線電接口（NSA無線錨具有4G），但是現(xiàn)有的4G核心網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和4G無線接口無法滿足5G延遲和傳輸可靠性要求。NSA的體系結(jié)構(gòu)有助于網(wǎng)絡(luò)的快速建設(shè)，但是假設(shè)連續(xù)資本覆蓋比SA網(wǎng)絡(luò)的直接建設(shè)更高，則無論使用密集的城市SA還是NSA場(chǎng)景，所需的5G基站數(shù)量都是相同的。考慮到現(xiàn)有的4G家庭網(wǎng)絡(luò)在密集城市地區(qū)的站點(diǎn)之間的距離為300米，通過分析密集城市地區(qū)外部5G基站的預(yù)算鏈路場(chǎng)景，我們認(rèn)為SA網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基于基站的公共端4G/5G該解決方案可以提供連續(xù)的5G覆蓋（NSA架構(gòu)也需要5G和4G基站的聯(lián)合服務(wù)）；SA基站的價(jià)格更為優(yōu)惠。由于NSA需要與5G和4G相同的供應(yīng)商，因此SA沒有此要求。因此，在NSA架構(gòu)中，運(yùn)營(yíng)商在購(gòu)買5G基站時(shí)的議價(jià)能力必須減弱。總而言之，總的來說，無論如何創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)，它最終都將朝SA體系結(jié)構(gòu)發(fā)展。目前，已經(jīng)提前頒發(fā)了5G國(guó)內(nèi)商業(yè)許可證，為了接管第一個(gè)5G運(yùn)營(yíng)商的市場(chǎng)，NSA可能會(huì)成為一些運(yùn)營(yíng)商早期網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的一種選擇。2.25G終端射頻設(shè)計(jì)中國(guó)5G頻譜是內(nèi)部分配的。據(jù)報(bào)道，中國(guó)聯(lián)通和中國(guó)電信的初始頻譜分配計(jì)劃旨在獲得3.5GHz附近的每100MHz頻譜資源，而中國(guó)移動(dòng)-獲得2.6GHz附近的100MHz資源。當(dāng)然，這些分配計(jì)劃尚未正式宣布，并且將來可能會(huì)更改。由于工業(yè)和信息化部2017年發(fā)布的5G頻譜計(jì)劃不包括2.6GHz，因此大多數(shù)設(shè)備制造商都實(shí)現(xiàn)了3.3-3.6GHz和4.8-5.0GHz兩個(gè)頻段，而3.5GHz通信設(shè)備行業(yè)更加完整這對(duì)于中國(guó)聯(lián)通和電信來說無疑是個(gè)好消息，因?yàn)樗梢砸揽砍墒斓漠a(chǎn)業(yè)鏈快速確定自己的5G終端優(yōu)勢(shì)。由于5G頻段遠(yuǎn)高于2G，3G和4G頻段，因此引入大型MIMO天線組是必然的選擇之一。因?yàn)楫?dāng)發(fā)射端的發(fā)射功率恒定時(shí)，接收端的接收功率與波長(zhǎng)的平方成正比，因此發(fā)射天線的增益和接收天線的增益與發(fā)射天線與接收天線之間的距離的平方成反比。在毫米波段中，無線電波的波長(zhǎng)約為毫米，這就是為什么它也被稱為毫米波的原因。2G/3G/4G使用的無線電波是分米波或厘米波。因?yàn)榻邮盏降墓β逝c波長(zhǎng)的平方成正比，所以毫米波衰減信號(hào)與厘米或分米波相比非常強(qiáng)，這大大降低了接收天線接收到的信號(hào)的強(qiáng)度。我們不能任意增加發(fā)射功率，因?yàn)橹袊?guó)對(duì)天線功率有上限。我們無法更改發(fā)射天線與接收天線之間的距離，也是因?yàn)橐苿?dòng)用戶可以隨時(shí)更改其位置。我們還不能無限期增加發(fā)射和接收天線的利潤(rùn)，它們受制于物理和物理法則。唯一可能的解決方案是增加發(fā)射和接收天線的數(shù)量，即設(shè)計(jì)多天線系統(tǒng)。在高頻情況下，穿透建筑物的損失也會(huì)大大增加。這些因素將大大增加覆蓋信號(hào)的難度。尤其是當(dāng)覆蓋房間時(shí)，使用外部宏站來覆蓋室內(nèi)用戶變得越來越不可行。通過使用大規(guī)模MIMO（即天線系統(tǒng)中的許多天線），我們可以生成具有高增益的可調(diào)形狀的波束，這大大改善了信號(hào)范圍，并且由于其波束非常窄，因此可以顯著減少環(huán)境干擾?？紤]到5G的功能，5G終端最重要的設(shè)計(jì)是非金屬后蓋（提高了穿透力）以及對(duì)更多天線的需求。2.35G終端引起的自干擾問題在非獨(dú)立組網(wǎng)NSA模式下，終端5G一定要和LTE、5GgNB以及eNB之間同時(shí)進(jìn)行連接，進(jìn)而對(duì)來源于兩個(gè)NB之中的無線資源加以應(yīng)用，也就是說，終端5G支持5G以及LTE信號(hào)同時(shí)進(jìn)行收發(fā)。但是在這一系統(tǒng)終端射頻的前端器件之中，諧波干擾的信號(hào)很有可能在非線性器件之中產(chǎn)生，互調(diào)干擾的信號(hào)很有可能在上下行的雙發(fā)過程之中產(chǎn)生。這兩種干擾信號(hào)的產(chǎn)生都有可能讓終端的接收設(shè)備受到不利影響，進(jìn)而使其靈敏度顯著下降。2.3.1互調(diào)干擾在兩個(gè)或者是兩個(gè)以上的干擾信號(hào)在接收機(jī)之中同時(shí)施加的時(shí)候，這一干擾組合的頻率就很可能剛好與有用的信號(hào)在頻率方面相等或者是相似，這樣就可以使其在接收機(jī)之中得以順利地通過。我們將這樣的自干擾形式稱作“互調(diào)干擾”。如下圖2所示，三階段就有著最為嚴(yán)重的互調(diào)干擾，在二階段之中的互調(diào)是f2-f1，在三階段之中的互調(diào)是2f2-f1以及2f1-f2等。圖2互調(diào)干擾2.3.2諧波干擾在理想的功率放大器PA之中，可以采用一定的系數(shù)a來放大輸入的信號(hào)功率，實(shí)際上，在PA之中輸入信號(hào)的功率如果很低，就可以讓線性放大得以良好保障，但是如果輸入信號(hào)有著較高的功率，信號(hào)的功率就會(huì)進(jìn)入到非線性的區(qū)域之中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高階變量的輸出，下圖3就是其具體的輸出形式：圖3諧波干擾在f0這一發(fā)送的頻段之上，終端在發(fā)生信號(hào)的過程中，如果同時(shí)接收到n×fn（這里的n為2,3等）這樣的頻段時(shí)，諧波就會(huì)對(duì)接收機(jī)造成影響作用，進(jìn)而降低接收機(jī)的靈敏程度，圖下圖4所示：圖4諧波干擾諧波對(duì)于接收器所造成的干擾可以按照以下的兩個(gè)種類來進(jìn)行劃分：第一就是從PA輸出的PCB，也就是印制電路板造成的干擾，第二種就是由發(fā)射的天線所輸出的信號(hào)造成的干擾。2.45G終端自干擾消除問題在移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展中，如何使用頻帶中的有限資源來實(shí)現(xiàn)頻帶的更高使用一直是中心問題。響應(yīng)于該問題，某些技術(shù)解決方案繼續(xù)出現(xiàn)并被應(yīng)用，例如OFDM技術(shù)，QAM調(diào)制技術(shù)和MIMO技術(shù)。在眾多技術(shù)解決方案中，F(xiàn)D技術(shù)在大學(xué)環(huán)境中受到了極大的關(guān)注。FD技術(shù)的中心思想可以表示為：大多數(shù)現(xiàn)代通信系統(tǒng)都包含既是信號(hào)發(fā)送器又是接收器的終端設(shè)備（例如基站，中繼站和移動(dòng)終端等）。在傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)中，這些終端以帶外高清或全雙工模式運(yùn)行，這意味著信號(hào)傳輸鏈路和接收鏈路使用不同的頻帶或時(shí)隙資源。如果移動(dòng)通信系統(tǒng)的終端設(shè)備可以使用相同的頻帶或相同的時(shí)隙資源進(jìn)行信號(hào)發(fā)送和接收，則頻帶的整體使用可以增加通信系統(tǒng)的兩倍頻率。該技術(shù)稱為FD技術(shù)。FD通信模式的核心問題是干擾的消除。如圖5所示，無論是在中繼系統(tǒng)，雙向端到端通信系統(tǒng)還是蜂窩系統(tǒng)中，自干擾信號(hào)都是限制FD傳輸系統(tǒng)性能的主要因素。在FD模式下，如果可以有效地抑制自干擾信號(hào)強(qiáng)度，以使自干擾信號(hào)的殘留功率比背景AWGN功率低3dB以上，則信號(hào)殘留自干擾將不會(huì)顯著影響系統(tǒng)性能。根據(jù)現(xiàn)有的研究結(jié)果，干擾消除技術(shù)可以分為主動(dòng)干擾消除和被動(dòng)干擾消除。下面，將分別介紹這兩種干擾消除方法的基本原理。有源干擾消除技術(shù)的原理：有源干擾消除技術(shù)主要有兩類，即模擬域和數(shù)字域的干擾消除技術(shù)。模擬域中干擾消除的主要目的是消除基帶或射頻域中的自干擾信號(hào)。消除數(shù)字領(lǐng)域中的自動(dòng)干擾包括使用復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理（DSP）技術(shù)從信號(hào)通過ADC后消除信號(hào)中的自動(dòng)干擾，這必須使用精確的自干擾信道估計(jì)技術(shù)來獲得。在模擬領(lǐng)域，通過將基帶干擾消除技術(shù)與射頻干擾消除技術(shù)相結(jié)合，在衰落信道下可以實(shí)現(xiàn)40至50dB的性能增益。模擬自動(dòng)干擾消除功能可以在信號(hào)到達(dá)ADC之前顯著衰減或消除自動(dòng)干擾信號(hào)，從而降低基帶中的信號(hào)量化噪聲。圖5FD模式應(yīng)用于三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)傳輸示意圖模擬自動(dòng)干擾消除技術(shù)也可以分為兩類，即單輸入單輸出（SISO）和自動(dòng)干擾消除MIMO，這取決于FD設(shè)備實(shí)際部署的天線數(shù)量而有所不同。為了消除模擬域中的自動(dòng)干擾，可以將一些用于消除時(shí)域中的自動(dòng)干擾的典型算法應(yīng)用于SISO和MIMO系統(tǒng)。自干擾信號(hào)經(jīng)過模擬消除后，一些剩余的殘留物將保留下來。此時(shí)，有必要執(zhí)行數(shù)字自干擾消除，這將消除幾乎所有殘留的自干擾。數(shù)字領(lǐng)域中也存在自干擾消除算法，這些算法使用最小均方誤差（MMSE）接收機(jī)和多天線技術(shù)，以及諸如零強(qiáng)迫（ZF），波束成形，MMSE濾波器和零空間投影（NSP）之類的解決方案。另外，一些研究結(jié)果表明，干擾消除方案在模擬域和數(shù)字域中的實(shí)際效果具有“折中”的效果，也就是說，當(dāng)兩者結(jié)合使用時(shí)，可以提高性能。一方取消干擾的行為將導(dǎo)致另一方的表現(xiàn)降低。被動(dòng)式自動(dòng)干擾消除技術(shù)的原理：被動(dòng)式自動(dòng)干擾消除系統(tǒng)在于抑制自動(dòng)干擾信號(hào)進(jìn)入接收環(huán)路之前。經(jīng)過處理后接收到的信號(hào)幅度將在進(jìn)入ADC之前降低，從而減少了與接收信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍有關(guān)的振蕩。最直觀的被動(dòng)消除方法是使用發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間無線信道中的路徑損耗。傳輸路徑上的損耗與天線的位置以及接收天線與發(fā)射天線之間的距離有關(guān)。相關(guān)研究表明，對(duì)于全向天線，可以抑制65dB的自干擾信號(hào)強(qiáng)度，而對(duì)于定向天線，則可以抑制72dB。典型的無源自動(dòng)干擾消除方案包括循環(huán)隔離，天線去耦和極化去耦。循環(huán)隔離技術(shù)可以隔離傳輸信號(hào)和從FD系統(tǒng)的單個(gè)天線接收的信號(hào)。解耦天線和極化解耦天線技術(shù)可以有效地減少FD系統(tǒng)天線之間的相互耦合，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)自干擾的無源抑制。2.5研究分析5G終端的射頻解決方案2.5.1射頻實(shí)現(xiàn)終端的頻率部分主要由射頻前端和射頻芯片組成。受工作頻率帶和帶寬等因素的限制以及設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性，支持多頻段和多頻段模式的5G終端的RF實(shí)現(xiàn)通常采用獨(dú)立的5G和2G/3G/4G設(shè)計(jì)原則。首先，在獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)模式下，以5G終端的RF實(shí)現(xiàn)為例進(jìn)行討論：RF無線電設(shè)備：針對(duì)與5G和2G/3G/4G對(duì)應(yīng)的不同頻段的RF無線電設(shè)備（例如濾波器和功率放大器）需要獨(dú)立實(shí)現(xiàn)。射頻系統(tǒng)：由于5G模塊至少需要兩個(gè)發(fā)射天線，因此II：L5G射頻系統(tǒng)至少需要兩個(gè)上行鏈路發(fā)射信道，而現(xiàn)有的4G終端通常將單個(gè)發(fā)射信道用于射頻系統(tǒng)。在獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)模式下，終端必須支持LTE。雙NR連接模式，因此基于以上分析，終端必須在RF的前面增加RF路徑開關(guān)，以支持4G和5G同時(shí)發(fā)送和接收。另外，同時(shí)發(fā)送和接收4G和5G信號(hào)可能需要更多的發(fā)送和接收通道，必須通過改進(jìn)RF系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)格或添加更多RF系統(tǒng)來滿足此要求。在獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)模式下，在4G和5G信號(hào)傳輸期間，由于4G和5G所在的頻帶可能會(huì)產(chǎn)生諧波和互調(diào)干擾。這些相互干擾將嚴(yán)重影響信號(hào)接收質(zhì)量和終端數(shù)據(jù)解調(diào)性能。因此，網(wǎng)絡(luò)必須在部署階段充分考慮可能的相互干擾，并相應(yīng)地配置4G和5G工作頻帶。但是，對(duì)于窄頻譜資源，終端還必須考慮在RF實(shí)現(xiàn)中添加諸如諧波抑制濾波器之類的設(shè)備，以減輕可能的相互干擾并確保終端解調(diào)性能。2.5.2天線設(shè)計(jì)在5G網(wǎng)絡(luò)中，為了進(jìn)一步提高反向鏈路傳輸速度，需要終端支持至少兩個(gè)反向鏈路發(fā)射天線。因此，與4G終端只有一根發(fā)射天線的情況相比，5G終端在設(shè)計(jì)天線上更加困難，應(yīng)考慮發(fā)射天線的類型，位置，輻射方向和電流分布，目的是減少終端對(duì)人體的輻射強(qiáng)度確保良好的信號(hào)發(fā)送和接收性能。比吸收系數(shù)（SAR）是測(cè)量最終輻射度的重要指標(biāo)。它是指單位時(shí)間內(nèi)物料質(zhì)量吸收的電磁輻射能量（單位：W/kg）。SAR越低，輻射吸收越高，數(shù)量越少。終端的SAR值與人體健康直接相關(guān)，因此移動(dòng)終端必須經(jīng)過嚴(yán)格的出廠測(cè)試和網(wǎng)絡(luò)訪問測(cè)試。實(shí)際上，移動(dòng)終端的輻射水平將受到許多因素的影響，例如：發(fā)射天線的位置，輻射方向，反向鏈路發(fā)射功率，TDD模式下的反向鏈路/反向鏈路時(shí)隙比，終端工作頻帶和Etc帶寬。在SAR測(cè)試過程中，統(tǒng)一報(bào)告了工作頻段，系統(tǒng)帶寬，終端發(fā)射功率和上下行時(shí)隙比率，因此天線設(shè)計(jì)已成為SAR值的重要因素。3運(yùn)營(yíng)商5G終端引入建議說到5G時(shí)代帶來的消費(fèi)者體驗(yàn)的變化，進(jìn)一步加速和降低收費(fèi)已成為業(yè)界的期望和共識(shí)，但恐怕要再花一年的時(shí)間才能使5G大規(guī)模商業(yè)化。一些專家說：“明年絕對(duì)不是購(gòu)買手機(jī)的好時(shí)機(jī)。”12月7日，中國(guó)聯(lián)通發(fā)表聲明，聲明工業(yè)和信息化部同意自通知之日起至2020年6月30日在3500MHz-3600MHz范圍內(nèi)測(cè)試全國(guó)第五代（5G）移動(dòng)通信系統(tǒng)。其中，中國(guó)電信還披露了管理層在同一天宣布公司已收到其母公司中國(guó)電信集團(tuán)有限公司的通知的消息，稱中國(guó)電信已獲得工業(yè)和信息化部的許可使用3400頻率。全國(guó)第五代移動(dòng)通信測(cè)試系統(tǒng)到2020年6月30日，中國(guó)聯(lián)通和中國(guó)電信的公告還表明，該公司將在明年3月31日之前逐步停止使用某些頻率。中國(guó)聯(lián)通將逐步停止在全國(guó)范圍內(nèi)使用2555MHz-2575MHz的頻率，而中國(guó)電信將逐漸停止使用2635MHz的頻率。而頻率-2655MHz，該頻率將由工業(yè)和信息技術(shù)部重新獲得。根據(jù)中國(guó)移動(dòng)發(fā)布的公告，工業(yè)和信息化部的回收頻率將由中國(guó)移動(dòng)使用。12月7日，中國(guó)移動(dòng)透露，移動(dòng)集團(tuán)的控股股東收到了工業(yè)和信息化部的通知，該部門同意自通知之日起將2515MHz-2675MHz和4800MHz-4900MHz頻段用于5G系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)。而2575MHz-2635MHz頻段是母公司的4G頻段。中國(guó)移動(dòng)將與母公司合作，并將繼續(xù)與業(yè)內(nèi)各方合作，積極推動(dòng)5G技術(shù)，測(cè)試網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)應(yīng)用的研發(fā)。談到三大運(yùn)營(yíng)商的頻譜劃分，中金公司發(fā)表了一份研究報(bào)告，指出中國(guó)聯(lián)通和中國(guó)電信已經(jīng)獲得了3.5GHz附近的國(guó)際5G主頻段。該頻段的產(chǎn)業(yè)鏈比較成熟，研發(fā)相對(duì)完善，這對(duì)于全球來說是最有可能的。與此同時(shí)，發(fā)展進(jìn)度相對(duì)較快，商業(yè)化時(shí)間相對(duì)較早。而且，它更小更經(jīng)濟(jì)，基站所需的密度更低，投資費(fèi)用也相對(duì)更低。對(duì)于中國(guó)移動(dòng)獲得的2.6GHz+4.9GHz頻譜的總和，中金公司表示100M4.9GHz頻段可以支持更多的用戶和流量，但是所需的基站密度更高，這給投資支出；2.6GHz產(chǎn)業(yè)頻譜鏈的成熟度很低，要求中國(guó)移動(dòng)積極推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈的培育和布局，但是覆蓋范圍廣，投資成本低也可以為商業(yè)5G使用帶來雙頻保險(xiǎn)?！氨M管2.6GHz頻段的研發(fā)起步較晚，但我們預(yù)計(jì)移動(dòng)設(shè)備將在2019年下半年具備大規(guī)模聯(lián)網(wǎng)功能，這不會(huì)對(duì)商業(yè)規(guī)模產(chǎn)生重大影響?！敝薪鸸菊f。談到5G時(shí)代的到來，市場(chǎng)通常在等待5G信號(hào)的速度和價(jià)格。蘇寧金融研究所研究員表示，對(duì)于普通消費(fèi)者來說，5G和4G體驗(yàn)之間的差異并不明顯。擔(dān)任角色?！比涨?，中國(guó)移動(dòng)還宣布了一系列5G行動(dòng)計(jì)劃，并宣布全面試運(yùn)行17個(gè)城市進(jìn)行5G試驗(yàn)和應(yīng)用演示。中國(guó)移動(dòng)將在2019年實(shí)現(xiàn)5G預(yù)商業(yè)化，并在2020年實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化。5G終端的形狀將根據(jù)三個(gè)主要應(yīng)用場(chǎng)景的差異而呈現(xiàn)出變化的趨勢(shì)。其中，eMBB場(chǎng)景中的5G終端類型包括CPE，手機(jī)，AR/VR，筆記本電腦，平板電腦，無人機(jī)等。uRLLC場(chǎng)景中的5G終端類型包括智能監(jiān)控設(shè)備（交通），車載終端，機(jī)器人，醫(yī)療設(shè)備，工業(yè)生產(chǎn)和測(cè)試設(shè)備等；在mMTC場(chǎng)景中的5G終端類型包括水電表終端，物流跟蹤設(shè)備，家庭智能設(shè)備，智能可穿戴設(shè)備，智能測(cè)試設(shè)備（農(nóng)業(yè)，森林，城市）等。預(yù)計(jì)5G初期的終端基帶布局將主要支持eMBB場(chǎng)景中的相關(guān)技術(shù)功能，而多家制造商的系統(tǒng)將支持uRLLC場(chǎng)景中的某些技術(shù)功能。預(yù)計(jì)早期的5GmMTC場(chǎng)景將繼續(xù)使用R16中將討論和計(jì)劃的4GIoT終端。由于5G終端產(chǎn)品規(guī)劃與運(yùn)營(yíng)商的運(yùn)營(yíng)環(huán)境和運(yùn)營(yíng)區(qū)域的特定需求更加緊密相關(guān)，因此運(yùn)營(yíng)商在進(jìn)入5G終端時(shí)必須明確5G值的目的地。整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的架構(gòu)和成熟度（標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)度，芯片開發(fā)時(shí)間，RF接口，天線等），這些因素全面地規(guī)劃了5G終端的發(fā)展。運(yùn)營(yíng)商可以與終端行業(yè)的主要微芯片和終端制造商合作，研究和制定5G終端的功能要求和技術(shù)解決方案，還可以與芯片制造商合作開發(fā)5G終端的標(biāo)準(zhǔn)原型，并建立實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行驗(yàn)證。根據(jù)對(duì)與OTA測(cè)試相關(guān)的挑戰(zhàn)的分析，運(yùn)營(yíng)商可以與主要的儀器制造商合作，探索評(píng)估基于關(guān)鍵技術(shù)的關(guān)鍵解決方案的關(guān)鍵解決方案，這些技術(shù)基于OTA應(yīng)用于6GHz以下和毫米波段，并與他們一起開發(fā)。結(jié)論相對(duì)于2G／3G／4G較簡(jiǎn)單的組網(wǎng)方式，5GNR分為獨(dú)立組網(wǎng)和非獨(dú)立組網(wǎng)兩種模式，每種模式還可以對(duì)應(yīng)多種網(wǎng)絡(luò)部署方案。5G系統(tǒng)極高的性能要求及多樣化的網(wǎng)絡(luò)部署場(chǎng)景對(duì)5G終端的設(shè)計(jì)提出了多方面的挑戰(zhàn)。本文重點(diǎn)分析了獨(dú)立組網(wǎng)和非獨(dú)立組網(wǎng)模式。同時(shí)，簡(jiǎn)述了終端射頻設(shè)計(jì)，對(duì)終端引起對(duì)互調(diào)干擾和諧波干擾進(jìn)行了分析，對(duì)干擾消除問題作出了分析。然后給出了射頻實(shí)現(xiàn)方案，對(duì)天線設(shè)計(jì)