工程師需要知道這些關于5G的事

在過去的幾年中，研究人員一直在努力探索新概念和新技術來回答“什么是5G”。第三代合作伙伴計劃組織（3GPP）是一個負責發(fā)布無線通信標準規(guī)范的標準機構。

他們制定了一個5G時間表，這一時間表的第一階段稱為新空口（New Radio，NR），時間期限是2017年12月（時間規(guī)劃如下所示）。

圖1 - 5G新空口技術的第一個規(guī)范預定于2017年年底發(fā)布，并在2018年進一步更新。 ? 雖然NR階段1將不同于當今移動通信中常用的LTE協(xié)議，但二者也有相似之處。LTE和NR之間最顯著的差異是載波帶寬和工作頻率。除此之外，NR在模擬以及數字領域還增加了新的波束賦形能力。下表逐一比較了LTE和NR的一些重要規(guī)范。

表1 – 提議用于5G的毫米波頻帶

為了滿足緊迫的5G部署時間表，一個分階段計劃被提出來。該計劃包含兩種版本的NR：獨立版本和非獨立版本。非獨立版本將以LTE eNB為主節(jié)點，并將NR gNB（等同于5G NR的eNB）的輔小區(qū)連接到EPC。如下圖所示：

圖2.1和2.2

5G NR非獨立版本的目的是在5G技術部署初期利用現有基礎設施，而獨立版本的目標是向后兼容未來的無線標準。獨立網絡可以與非獨立網絡共存并同步運行。獨立版本的具體推出日期尚未確定，但是NR階段1已將其作為一項用例考慮在內。獨立組網模式的示意圖如下。

圖3

除了標準化機構所作出的努力之外，Verizon和韓國電信（KT）正在嘗試將準5G技術商業(yè)化。 Verizon計劃在2017年冬天部署基于5G技術論壇（Verizon 5GTF或V5GTF）物理層的固定無線接入技術。V5GTF將在28 GHz下運行，可為“最后一公里”應用提供高速互聯(lián)網，但不覆蓋移動應用。另一方面，KT計劃在2018年2月舉行的冬季奧運會上部署準5G技術。部署細節(jié)尚未公開。

經過廣泛的討論和爭論后，5G的工作頻率也漸漸明了。以下基于3GPP的討論結果列出了幾個正在考慮的候選頻率。

表2 - LTE與5G功能比較

值得注意的是，6 GHz以下的頻率在5G技術中仍發(fā)揮著重要作用。各個企業(yè)正在嘗試將LTE中的帶寬提高到目前的5倍。上表列出的是一些重點考慮的頻率，但該列表并不完整。例如，T-Mobile計劃在美國進行5G部署時使用600 MHz左右的頻譜。

盡管NR第一階段的毫米波（mmWave）頻率尚待確定，但由于不同區(qū)域的需求，仍然需要使用多個頻段。例如，中國監(jiān)管機構提議使用24.75-27.5和37-42.5 GHz頻段。美國的FCC提議使用28 GHz和37-40 GHz之間的兩個頻段。歐盟明確表示將不再使用28 GHz，而是把焦點轉向24-27 GHz頻段以及38 GHz和39 GHz頻段。韓國和日本一致表示使用28 GHz左右的頻段。

更好地了解可能的標準內容是理解5G商業(yè)化的第一步，但組件和系統(tǒng)設計以及設備驗證和測試仍面臨著一些其他挑戰(zhàn)，這些都可能影響新技術的部署進度。集成波束賦形等技術需要改變功率放大器和收發(fā)器等RFIC的設計。為了最大限度地減少系統(tǒng)損耗，越來越多的天線陣列正在集成到PA和收發(fā)器使用的芯片和模塊中。因此，工程師無法再使用傳統(tǒng)的有線測試方法來測試這些設備。相反，曾經被業(yè)界禁止的空中測試技術正在日益普及。

新空口，尤其是對于毫米波頻率，要比LTE復雜得多?，F有的大部分測試設備無法滿足在較高載波頻率和更寬帶寬下進行空中測量的需求。事實上，即使是像RF功率測量這樣最簡單的測量任務，在5G的研發(fā)過程中都需要進行重新考慮，因為關于進行經校準的空中測量意味著什么，業(yè)界尚沒有明確的定義和統(tǒng)一的意見。

雖然第1層和第2層協(xié)議的標準化即將敲定，但仍有許多挑戰(zhàn)等待解決。到目前為止，5G已經開辟了無線通信的新時代，而且顯然這僅僅是一個開始。為了實現5G的商業(yè)化部署，現在輪到RFIC設計及測試和測量行業(yè)利用無線研究人員的研究成果進行創(chuàng)新了。