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5G，并且使5G通信系统可以根据用例 或工作负载要求在中低频和高频之间 切换。 天 线 设 计 师 要 面 对 来 自 物 理 层 面 的 挑战。 FR1中的1GHz信号的波长约为 30cm(厘 米) ；FR2 中 的28GHz 信 号 的 波长为1.07mm。这两种信号不能共用 同 一 天 线，因 此 对 运 行 在 FR1 和 FR2 频 带 都 有 需 求 的5G 设 备 将 至 少 需 要 两组天线 。在有充足空间容纳多个天 线阵列的大型设备和基站中，还可以 做到这一点；但对于小型设备和手机 而言，这就成为了一项重大的设计挑 战。Qualcomm ® 等一些制造商已经开 始 发 布 紧 凑 型 射 频(RF) 模 块，这 些 模 块 可 以 与 多 个5G 频 段 的 天 线 阵 列 一 起工作。 设备密度、数据 吞吐量和大规模MIMO 5 G 规 范 提 出 的 挑 战 之 一，是 需 要 支 持 在 更 高 数 据 传 输 速 率 下 同 时 运 行 的高密度连接设备 。这就需要提高蜂 窝 小 区 密 度 ，同 时 更 加 广 泛 地 使 用 4G LTE 网 络 中 已 经 运 用 的 多 输 入 多 输出(MIMO) 天线技术 。 MIMO 是多个 发 射 和 接 收 天 线 的 天 线 阵 列( 在 当 前 的LTE 网 络 中，通 常 包 含 8 ×8 天 线 阵 列) 。MIMO 使用空间复用将信号分解 为编码流，并通过阵列中的不同天线 进行传输 。发射和接收设备都具有多 个天线和用于编解码多路复用信号的 信号处理机制。这样就可以做到： • 同 时 与 多 个 用 户 和 设 备 进 行 通 信。 • 以更高的吞吐量进行通信。 MIMO的类型多种多样。用于 5G的一大 重要类型是大规模MIMO (mMIMO)， 与 以 往 的MIMO 版 本 相 比，这 种 天 线 设 计 可 将 数 量 大 幅 增 加 的 天 线 单 元 封装到一个密集的阵列中 。低频天线 体积更大，这对于在合理大小的低频 MIMO阵列中可容纳的天线单元数量 产生了实际限制 。毫米波使用的天线 要小得多，因此可以在小型封装中构 建mMIMO阵列。一些制造商已经开始 制造包含128个单元的mMIMO天线。 通过增加数据流的数量， mMIMO无需 增加频谱即可提高信号容量，进而提 高数据传输速率和链路可靠性。 波束成形、方向性和 用户设备跟踪 波束成形是一种对传输进行整形的方 法，用来创建针对特定接收天线并且 界限清晰的天线方向图 。这是通过调 整 等 距 天 线 阵 列 中 不 同 天 线 单 元 的 相位和振幅传输来实现的 。波束成形 不仅可用于减少干扰，还可通过集中 波束能量来扩大信号范围 。初期采用 中频的5G部署将利用4×4或8×8的 MIMO天线来实现波束成形，这与 LTE 当前可提供的方案类似；高频(毫米波) 5G部署将采用更大的mMIMO天线来 获得自适应阵列的优势，这种天线中 的天线单元更多，并能够实现更紧密 的波束成形和实时控制。 5G 波 束 成 形 取 决 于 发 射 设 备 所 确 定 的到达其接收器的最佳信号路径 。发 射器分析在发射器和接收器之间发送 的探测参考信号 (SRS)，然后评估这些 信号以得出信道状态，从而完成这项 任务。发射器基于信道状态信息(CSI) 应用波束成形算法，在接收效果最好 的最佳调度期间向最合适的方向发射 整形后的无线电方向图 。在采用通往 接收器的最佳路径的情况下，波束成 形将利用建筑物的反弹传输 。在许多 设备使用相同mMIMO信道的环境中， 算法将对数据包进行时间安排，以避 免数据包冲突，从而最大程度地减少 信号干扰。 为了避免干扰和信号中断，发射器不 断跟踪接收器并重新计算最佳数据路 径。这样一来，当5G设备(如车辆或手 机) 发 生 移 动 或 者 有 物 体 挡 住 最 佳 信 号路径时，就可以实时调整传输，确保 稳定一致、不会中断的数据连接。波束 成形是一项计算密集型过程，需要信 号处理能力强大的有源MIMO天线。 下行链路和上行链路要求 在给定的用例中， 5G规范可实现最大 下行链路数据传输速率，相当于上行 链路数据传输速率的两倍 。在频率低 于2.6GHz的当前部署阶段， 5G需要至 少4 ×4 下 行 链 路 MIMO，并 且 建 议 至 少采用2×2上行链路MIMO。 41 |