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公司新闻

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5G终端天线研发所面临的主要挑战

发布时间:2020-04-24

浏览次数:174

目前,我们已处于4G系统商用阶段,然而5G已经于111日正式商用,这将带来海量数据通信、万物互联、实时交互、工业物联网等新型业务的快速发展。因此,5G俨然已经成为当前移动通信产业的关注焦点。未来的5G系统将着眼于全频段,即不仅局限于低频段(6GHz及以下频段),也将考虑高频段(毫米波频段)

而天线作为移动通信的重要组成部分,其研究与设计对移动通信起着至关重要的作用。而5G带来的改变就是用户体验的革新:华为Mate30系列手机内部集成21根天线,不仅支持5G,还要兼容4G3GNFCGPSWiFi、蓝牙等网络,总计21根天线,用于5G14条天线,进而揭示了5G 新的通信架构下,手机终端天线发展真正的技术需求。在终端设备中信号质量的优劣直接影响着用户体验,所以,5G终端天线的设计必将成为5G部署的重要环节之一。

3GPP5G频段分为FR1频段和FR2频段,其中FR1的频段通常被称为Sub6G频段,范围为450MHz-6GHzFR2频段为24.25GHz-52.6GHz,通常被称为毫米波频段。毫米波频段的优势是具备大量的可用频谱带宽、波束窄、方向性好、频段许可获取成本低。借助于先进的毫米波自适应波束赋型和波束跟踪技术,可以确保在真实环境中毫米波终端与基站实现稳健的移动宽带通信。


 

5G通信中采用两种网络架构方式进行部署

独立组网模式

指的是新建5G网络,包括新基站、回程链路以及核心网。SA引入了全新网元与接口的同时,还将大规模采用网络虚拟化、软件定义网络等新技术,并与5GNR结合,同时其协议开发、网络规划部署及互通互操作所面临的技术挑战将超越3G4G系统

非独立组网模式

非独立组网指的是使用现有的4G基础设施,进行5G网络的部署。基于NSA架构的5G载波仅承载用户数据,其控制信令仍通过4G网络传输


 

NSASA组网形式(网络图片)

采用5G初级阶段的NSA组网方式,5G网络与4G网络并存,而5G 设备要达到更高速、稳定、低时延等要求则依赖于以下几个因素:

(1) 更多的频段;

(2) 多个频段之间的载波聚合技术;

(3) 大规模MIMO等技术。

 

当前手机终端天线净空普遍压缩至2mm左右,而终端天线设计中既要兼顾sub6G与毫米波频段的多频段需求,又要支持MIMO天线技术,多频带CA技术实现场景需求,这些技术的引入都对5G手机终端设计研发提出了高难度的挑战:

 

ü NSA组网模式下,4G频段天线与5G频段天线并存;3GPP中,4×4 MIMO天线作为强制入网要求。5G终端产品内的天线数目激增,面对这么多天线,天线效率、天线共存、天线布局等问题亟待研究解决,天线设计面临着重大挑战;

ü 5G通信中,低频的频谱资源终归是有限的,毫米波应用的潜力巨大,毫米波具有极宽的带宽,提高信道容量和数据传输速率的毫米波技术成为了未来5G通信关键技术之一。但毫米波信号介质和辐射损耗较大,如何减少毫米波在终端内的损耗,确保毫米波更好的传输特性是工程师要面临的一个挑战。

ü 5G手机中集成多种芯片模块,CPU、射频模块、基带芯片、屏幕都是功耗与发热的大户,而5G芯片的计算能力要比现有的4G芯片高至少5倍,功耗大约高出2.5倍。并且手机的散热好坏不仅仅影响用户体验,同时影响手机内部器件工作状态,5G手机的散热技术研究面临重大挑战。

ü 为了满足5G下行峰速20 Gbps,需要提供100 MHz的传输带宽,为了满足大带宽连续频谱的稀缺,在5G通信中采用载波聚合(CA)来解决。但是如果发送和接收路径之间的隔离度或者交叉隔离不足,多个频段的无线RF信号可能会相互干扰,则CA应用中会出现灵敏度降低(desense)问题。所以5G手机终端的desense问题会比之前更为复杂,需要对Sub6G频段与毫米波频段共存状态下对desense问题根因分析,提前应对信号干扰问题。


 

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摘自 ANSYS公众号