深入了解一些為5G性能做出貢獻的重點技術(shù)

引言：2017 年，Qorvo 出版了第 1 版《5G 射頻技術(shù) For Dummies》。該書以通俗易懂的語言，幫助業(yè)界許多人士掌握了一些圍繞 5G 技術(shù)的復(fù)雜概念。我們在該書中簡要講解了一些重點概念，這些概念到今天已經(jīng)發(fā)展成熟，包括：

基站有源天線系統(tǒng)的開發(fā)

載波聚合技術(shù)使用量的增加

新增頻譜的重構(gòu)和開放

2017 年，當時小蜂窩密致化技術(shù)才剛推出，5G 毫米級固定無線接入技術(shù)還在測試。今天，由于技術(shù)的進步，這些技術(shù)已經(jīng)大規(guī)模鋪開。在本書中，我們將探討以上技術(shù)及其他 5G 技術(shù)的進步，以及這些技術(shù)如何重塑移動網(wǎng)絡(luò)、移動設(shè)備、行業(yè)、用例及企業(yè)。

在上一篇文章《科普丨重新認識 5G》中，我們帶大家認識了 5G 的一些概念。在本節(jié)，我們深入了解一些為 5G 性能做出貢獻的重點技術(shù)：

頻譜共享

載波聚合

大規(guī)模 MIMO 與天線陣列系統(tǒng)

固定無線接入（FWA）與毫米波技術(shù)

一、頻譜共享

在無線通信中，頻譜是移動網(wǎng)絡(luò)運營商所需的、排在第一位的資源。所有移動網(wǎng)絡(luò)運營商必須在各類技術(shù)上，有效地、高效率地使用寶貴的頻譜資源。5G 正是圍繞這一點來建設(shè)的，通過將服務(wù)、頻譜和網(wǎng)絡(luò)整合成一個內(nèi)聚型架構(gòu)，滿足下一代移動體驗帶來的挑戰(zhàn)。

為過渡到完整的 5G 實施例，移動網(wǎng)絡(luò)運營商通過動態(tài)頻譜共享技術(shù)（DSS），動態(tài)管理頻譜配額。動態(tài)頻譜共享技術(shù)是一種在不同空氣接口標準（例如：3G、LTE 或 5G）之間智能化分配頻譜資源的方法，以減少頻譜浪費和優(yōu)化用戶體驗。

對于其他相鄰信號載波輕度使用的頻譜，頻譜共享技術(shù)能夠解鎖這部分頻譜資源。動態(tài)頻譜共享技術(shù)不僅能夠提高頻譜利用率，還能利用 FR2 毫米波頻帶上的共享頻譜或非特許頻譜。

5G NR 技術(shù)的最終目標是原生地、同時地支持特許頻譜、共享頻譜和非特許頻譜，提高現(xiàn)有頻譜資源的利用效率。例如，通過共享 FR1 和 FR2 頻率范圍的頻譜配額，能夠讓新的 5G 中高頻基站覆蓋范圍增加一倍，同時還能以每秒高達數(shù)億比特的速率，向室內(nèi)甚至蜂窩邊緣遞送數(shù)據(jù)。

二、載波聚合

載波聚合技術(shù)（CA）將多個移動網(wǎng)絡(luò)載波合并成一條數(shù)據(jù)信道，以增加系統(tǒng)數(shù)據(jù)率，同時優(yōu)化現(xiàn)有帶寬的使用率。LTE 之所以能夠逐漸提高下行鏈路數(shù)據(jù)率和接收數(shù)據(jù)率，讓大量手機消費者獲益，載波聚合技術(shù)功不可沒。5G NR 技術(shù)擴大了這一趨勢，在 FR1 和 FR2 中都使用載波聚合，最高支持 16 個分量載波。LTE 與 5G NR 都使用載波聚合的情況被稱為“雙重連接”。在雙重連接模式下，同時使用 LTE 載波和 5G NR 載波。

載波聚合技術(shù)給 5G NR 帶來許多優(yōu)勢，例如：

提高上行鏈路和下行鏈路的數(shù)據(jù)率和吞吐量

網(wǎng)絡(luò)運營商能夠靈活地使用任何載波聚合類型（例如：帶內(nèi)連續(xù)載波聚合、帶內(nèi)非連續(xù)載波聚合或帶間非連續(xù)載波聚合）部署非特許頻譜。

三、大規(guī)模MIMO

大規(guī)模 MIMO 被稱為 5G 的骨干技術(shù)。大規(guī)模 MIMO 借助 LTEAdvanced 技術(shù)的一切前期工作成果，幫助承運商提高網(wǎng)絡(luò)容量和數(shù)據(jù)率，同時減少支出。例如，大規(guī)模 MIMO 利用波束賦形技術(shù)（一種將多個天線的信號集中成為一條強波束的技術(shù)），通過將信號指向目標個體，以此降低能耗。另外，這種信號集中技術(shù)還有助于減少網(wǎng)絡(luò)用戶之間的干涉。對于消費者，大規(guī)模 MIMO 有可能帶來與有線連接相等的無線數(shù)據(jù)率。

為實現(xiàn)這些優(yōu)勢，大規(guī)模 MIMO 技術(shù)使用大型天線陣列系統(tǒng)（AAS），天線陣列系統(tǒng)將射頻收發(fā)鏈條合并成為單個陣列單元，通常由 16、32、64 或以上陣列元素組成。之所以采用這種大型天線陣列，是為了利用空間復(fù)用技術(shù)這個概念?？臻g復(fù)用技術(shù)能夠在同一個頻譜資源塊內(nèi)，遞送多個平行的數(shù)據(jù)流。大規(guī)模 MIMO 實際上是通過擴大虛擬信道的總數(shù)，在不增加信號塔和頻譜的情況下，提高網(wǎng)絡(luò)容量和數(shù)據(jù)率。

四、毫米波技術(shù)與固定無線接入

目前運營商推介給消費者和企業(yè)的一項 5G 服務(wù)是基于 5G FR2 毫米波頻譜的固定無線接入服務(wù)（FWA）。該技術(shù)讓無線運營商能夠進入家庭互聯(lián)網(wǎng)市場，利用高數(shù)據(jù)率服務(wù)來挑戰(zhàn)有線寬帶提供商。固定無線接入技術(shù)是最早推出的 5G 服務(wù)技術(shù)之一。該技術(shù)能夠為家庭和企業(yè)帶來吉比特的互聯(lián)網(wǎng)速度，并且其用時和成本僅為傳統(tǒng)電纜和光纖設(shè)備的零頭。該技術(shù)成為能夠幫助 5G 服務(wù)提供商與數(shù)字用戶線路（DSL）、光纖和電纜競爭的“最后一英里”解決方案。為此，該技術(shù)采用的是 FR2 毫米波頻譜，同時還利用了天線陣列系統(tǒng)（大規(guī)模 MIMO 技術(shù)使用的天線陣列系統(tǒng)，采用全數(shù)字波束賦形或混合波束賦形）（參見圖 1-5）。

圖 1-5：端到端固定無線網(wǎng)絡(luò)及其優(yōu)勢。

固定無線接入技術(shù)適合多個移動環(huán)境?稠密的城鎮(zhèn)和郊區(qū)環(huán)境，以及室內(nèi)外熱點。無論使用環(huán)境是稠密還是稀疏，該技術(shù)都能提供高速度、低延時連接能力。

通過利用毫米波頻譜，移動網(wǎng)絡(luò)運營商能夠支持最高 400 MHz 信道帶寬，還能夠?qū)崿F(xiàn)吉比特數(shù)據(jù)率。盡管存在一些非視距挑戰(zhàn)，但大規(guī)模 MIMO 的天線陣列系統(tǒng)能夠減輕這些難題，該天線陣列系統(tǒng)利用多個天線，將數(shù)個收發(fā)信號集中到較小的空間區(qū)域，極大改善吞吐量和能量效率。數(shù)據(jù)流越大，數(shù)據(jù)率越高，輻射功率的使用效率也越高。

另外，毫米波技術(shù)也出現(xiàn)在新發(fā)布的手機版本中。這種高頻技術(shù)將為我們提供低延時的掌上設(shè)備，不僅將改變我們家庭和企業(yè)的未來，而且將改變我們的日常生活。