【導讀】『這個知識不太冷』係列，旨在幫助小夥伴們喚醒知識的記憶
，將挑選一部分Qorvo劃重點的知識點
，結合產業現狀解讀，以此溫故知新

、查漏補缺。接下來，我們談一談5G射頻。

『這個知識不太冷』係列，旨在幫助小夥伴們喚醒知識的記憶，將挑選一部分Qorvo劃重點的知識點
，結合產業現狀解讀，以此溫故知新、查漏補缺。接下來，我們談一談5G射頻。

本文（上篇）將講解5G NR的部分技術方麵
，以便您能理解那些背後的技術。後續推送的下篇將介紹射頻前端（RFFE）背後的一些特征和技術。

深入了解5G NR

現在
，您可能對5G已有基本認識，下麵讓我們再深入一些
，了解5G的支持技術。5G的骨幹技術如下：

» 頻譜技術
» 動態頻譜共享技術
» 擴展正交頻分複用技術（OFDM）， 一種將更多數字數據編碼到多個載波頻率的方法。
» 多進多出技術（MIMO）
，其中包括同時利用多個天線的技術
，以提高數據速度和減少誤差。
» 波束賦形技術，將來自多個天線的射頻信號合並成一個指向特定設備或接收器的強信號。
» 小蜂窩技術或網絡密致化技術
，將多個蜂窩站點密集放置，以提高可用容量。

另外，這些技術還將顯著強化現有的4G LTE網絡，提高網絡靈活性、伸縮性和效率。其中部分技術（如5G頻譜）已在前文講解，其他幾項技術我們將在以下各節分別講解。

#頻譜與動態頻譜共享#

前文提到，為滿足增強型移動寬帶（eMBB）的需求（例如：1Gbps或以上的數據率速度，以及采納用戶設備所需的數據率），頻譜與動態頻譜共享是兩項必需的技術。

相對於4G LTE ，5G顯著提高了數據率。不過，5G的大部分優勢都源於新的5G頻帶所獲得的帶寬增強，隻有少部分數據吞吐量的提高是因為實施了5G NR技術。如您所見
，頻譜的增加給下行鏈路的數據率帶來指數級增長，而載波聚合與5G NR技術升級僅貢獻19%的增長。

4G LTE與5G NR下載鏈路數據完善情況比較

#頻分複用（OFDM）#

在5G NR開發過程中，第一步是為5G NR設計物理層
，其中波形是一個核心技術組成。在審查多個提案後
，3GPP選擇擴展使用頻分複用技術，同時在上行鏈路和下行鏈路為5G添加循環前綴頻分複用（CP-OPDM）波型。

CP-OFDM技術利用多個平行窄帶子載波來傳輸信息，而不使用單個寬帶載波。該技術定義充分，已在4G LTE下行鏈路和Wi-Fi通信標準成功實施
，因此也適合用於5G NR設計。

不過，5G NR上行鏈路還提供了一種不同的波形格式
，這種波形格式類似4G LTE上行鏈路使用的波形模式離散傅立葉變換擴頻正交頻分複用（DFT-S-OFDM）波形。DFT-S-OFDM波形是一種4G采用的波形
，結合了循環前綴正交頻分複用和低峰均比（PAPR）的優點。DFT-S-OFDM波形對上行鏈路有幫助，對於高功率的2級功率應用或者當用戶設備位於基站蜂窩的邊緣位置，遠離信號塔時，DFT-S-OFDM可能是首選波形。

在靈活性上，5G NR提供的子載波間隔方案還超越了LET提供的固定15kHz子載波間隔。5G NR提供的子載波間隔包括FR2
，最大間隔達到240kHz。靈活的載波間隔可用於適當支持5G NR所需的多元化頻帶、頻譜類型及部署模式。

DFT-S-OFDM非常類似於LTE上行鏈路使用的單頻分複用接入（SCFDMA），CP-OFDM非常類似於LTE下行鏈路使用的正交頻分複用接入（OFDMA）。3GPP之所以選擇CP-OFDM，原因如下：

» CP-OFDM能夠麵向複雜程度較低的接收器延展。
» 在一些最重要的5G性能指標上（例如：與多天線技術的兼容性）
，CP-OFDM排名最高。
» CP-OFDM的時域控製良好，這一點對於低延時關鍵應用和時分雙工（TDD）部署具有重要意義。
» 與其他波形相比，CP-OFDM對於相位噪聲和多普勒效應（頻率變化與波長變化）的耐受性更強。
» CP-OFDM在MIMO空間複用上的效率更高，這相當於提高了頻譜效率。
» 在大規範部署條件下，CP-OFDM非常適合上行鏈路傳輸。

#5G MIMO與大規模MIMO#

大規模MIMO技術是MIMO技術的擴展。MIMO技術有效地、重複地利用同一帶寬，以便傳輸更多數據，實現對頻譜更加高效的利用。

今天許多LTE MIMO基站都最多由八根天線組成，接收器上有一到二根天線。這使得基站能夠同時向8名用戶分別發送8條數據流；如果合二為 一，則能夠同時向4名用戶分別發送2條數據流。

隨著4G向大規模MIMO的轉移，天線數量出現指數增至多達16根
、32根

、64根、128根，甚至更多。這些天線的集合被稱為“天線陣列係統”（AAS）。這有助於通過波束賦形技術
，將能量集中到較小的空間區域（參見下節）
，以極大改善吞吐量和輻射能量效率。

大規模MIMO有助於：
» 防止在非理想方向上傳輸數據
，減輕幹涉
» 減少延時
，從而提高速度和可靠性
» 減少通知和連接的衰落與掉線
» 同時服務大規模用戶群
» 推出二維波束賦形

大規模MIMO不僅能夠增加蜂窩容量和蜂窩效率，還能利用銳利天線波束方向圖（由多個天線元素組成）平行發送和接收射頻信號。在采用大規模MIMO技術的基站，每條數據流都有獨特的輻射方向圖
，因此不會相互幹涉。每條數據流的信號強度都按照目標用戶設備的方向傳送；在其他用戶設備的方向
，信號強度則被減少，以降低幹涉。

#波束賦形#

波束賦形技術對天線陣列中的單根天線的量級和相位進行適當加權，利用多根天線來控製波形的傳送方向
，為5G帶來顯著優勢。由於波束賦形技術是大規模MIMO係統使用的一項技術，因此有時“波束賦形”與 “大規模MIMO”這兩個術語可以互換使用。

波束賦形技術被用於毫米波頻譜
，基本頻率在24GHz以上。該頻譜使用的是200至400MHz的寬信道帶寬

，因此提供了超高的數據傳輸速度。承運商將使用該技術部署5G固定無線接入服務（FWA）
，作為“最後一英裏”連接解決方案，為家庭和企業提供高速連接。

固定無線接入毫米波有一個缺點：雨
、植物或建築物等，都可能造成毫米波信號衰減。在這些情況下，有時候難以保持用戶設備處於視距範圍，因此會造成信號延遲
、衰減以及到達信號發生變化。不過，波束賦形技術有助於減少這些負麵效果。通過利用大規模MIMO和he波bo束shu賦fu形xing技ji術shu帶dai來lai的de多duo條tiao路lu徑jing，即ji使shi在zai視shi距ju受shou限xian的de情qing況kuang下xia，也ye可ke以yi對dui天tian線xian元yuan素su與yu用yong戶hu設she備bei之zhi間jian的de空kong間jian信xin道dao進jin行xing定ding性xing及ji數shu字zi化hua編bian碼ma和he解jie碼ma，從cong而er有you助zhu於yu減jian少shao信xin號hao損sun失shi。

大規模MIMO與波束賦形

#網絡密致化#

今天，無線基礎設施網絡包含眾多元素，有大蜂窩基站
、地鐵蜂窩基站，還有室內外分布式天線係統和小蜂窩基站。這些元素在異質網絡（HetNet）環境下共同工作
，如下圖所示。

無線基礎設施異質網絡與小蜂窩基站集成

所謂“密致化”，是一種通過增強蜂窩站點
，提高可用蜂窩容量的技術。這種蜂窩可以是微蜂窩或小蜂窩
， 以應對網絡容量緊張的區域。另外，這些蜂窩還可以分擔周邊大基站和微基站的通信流量。

小蜂窩基站是一種將蜂窩基站拆分成更小型群組的迷你基站。另外
，還可根據覆蓋麵積的大小
，細分為皮蜂窩基站、微蜂窩基站和飛蜂窩基站，並且這些基站既可以設在室內
，也可以設在室外。

微wei蜂feng窩wo基ji站zhan與yu小xiao蜂feng窩wo基ji站zhan之zhi間jian存cun在zai重zhong要yao區qu別bie。微wei蜂feng窩wo基ji站zhan有you一yi條tiao大da型xing數shu據ju管guan道dao通tong向xiang網wang絡luo。小xiao蜂feng窩wo基ji站zhan則ze將jiang這zhe條tiao管guan道dao拆chai分fen成cheng覆fu蓋gai一yi定ding區qu域yu的de多duo條tiao小xiao型xing管guan道dao。小xiao蜂feng窩wo基ji站zhan的de主zhu要yao目mu標biao是shi提ti高gao大da蜂feng窩wo基ji站zhan的de邊bian緣yuan數shu據ju容rong量liang或huo 者覆蓋大蜂窩不能覆蓋的區域（覆蓋不良） ，最終目標是完善數據、速度和網絡效率。下圖所示為小蜂窩集成網絡。

小蜂窩集成網絡

小蜂窩：
» 提高數據容量，尤其是高端購物區或城市中心區等高度稠密的區域。
» 消除了高成本的屋頂係統和設備或租用成本。
» 提高了手機性能。

在(zai)討(tao)論(lun)密(mi)致(zhi)化(hua)與(yu)小(xiao)蜂(feng)窩(wo)基(ji)站(zhan)時(shi)，我(wo)們(men)需(xu)要(yao)考(kao)慮(lv)物(wu)聯(lian)網(wang)設(she)備(bei)使(shi)用(yong)多(duo)種(zhong)無(wu)線(xian)技(ji)術(shu)進(jin)行(xing)連(lian)接(jie)。小(xiao)蜂(feng)窩(wo)基(ji)站(zhan)的(de)實(shi)施(shi)以(yi)及(ji)眾(zhong)多(duo)設(she)備(bei)的(de)互(hu)聯(lian)，將(jiang)構(gou)成(cheng)大(da)規(gui)模(mo)
、超可靠
、低延時機械類通信（MTC）的一個關鍵方麵。

物聯網的傳輸類型大致分為以下四種：
» 有線傳輸
» 中短距離無線傳輸（從藍牙到網狀網絡Wi-Fi
、ZigBee）
» 長距離無線傳輸（4G LTE和5G蜂窩）
，低功率廣域網（LPWAN）
» 衛星傳輸

5G將可實現大規模物聯網， 大規模物聯網能夠支持數百億個設備、物品和機器，並且這些設備都需要連接無處不在。這些設備可以是移動設備
、漫遊設備
，還可以是固定設備。

#5G NR頻譜載波聚合#

“載波聚合”是一種將兩個以上載波合並成一條數據信道， 以yi增zeng加jia數shu據ju容rong量liang的de技ji術shu。通tong過guo利li用yong現xian有you網wang絡luo頻pin譜pu，載zai波bo聚ju合he技ji術shu讓rang運yun營ying商shang能neng夠gou提ti供gong更geng高gao的de上shang行xing鏈lian路lu和he下xia行xing鏈lian路lu數shu據ju率lv，因yin此ci能neng夠gou提ti高gao網wang絡luo性xing能neng和he確que保bao高gao質zhi量liang用yong戶hu體ti驗yan。載zai波bo聚ju合he為wei4G提高用戶數據吞吐量做出重要貢獻，並且還將在5G起到同樣重要的作用。為了增加容量
，全球運營商都在積極地添加載波聚合頻帶和功能（例如：MIMO）。

相關命名慣例因為5G頻帶而發生改變。5G命名重新加入字母“n”（即n77或n78）
，用以指代“New Radio”（即新空口）
；而4G命名則使用字母“B”指代“頻帶”。5G NR使用的LTE頻帶仍將使用相同的頻帶編號，隻是增加了n標識符。

5G載波聚合將提供帶有非對稱上下載功能的多重連接能力
，並且在毫米波頻率提供高達700MHz的信道帶寬。在7GHz以下頻帶，可以利用4條100MHz信道，實現400MHz瞬時帶寬。

在頻分雙工（FDD）或時分雙工（TDD）條件下
，每條分量載波能夠獲得1.4MHz、3MHz
、5MHz、10MHz、15MHz或20MHz帶寬。因此，如果有5條20MHz分量載波，那麼利用載波聚合

，最高可以實現100MHz帶寬。在時分雙工條件下，分量載波的帶寬和數量必須在上下行鏈路保持相同。4G LTE-Advanced Pro能夠提供最高100MHz帶寬

，支持32條分量載波，因此最高帶寬可以達到640MHz。於是在5G NR條件下，還有另外一個載波聚合方案
，該方案被稱為“雙重連接”，能夠聚合4G LTE和5G NR頻帶。

文章來源：Qorvo半導體

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