5G发展狂潮给手机设计带来了巨大的RF挑战.doc

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1、5G发展狂潮给手机设计带来了巨大的RF挑战　　5G标准的加速发展使移动运营商能够推进其5G部署计划，其中一些早期部署将于明年完成。根据StrategyAnalytics预测，一旦开始部署，5G手机就可能成为今后十年智能手机行业增长最快速的领域，出货量将从2019年的200万台增至2025年的15亿台。最近的一项调查显示，差不多50%的消费者可能选择5G智能手机作为其下一部移动设备，部分原因在于数据速率预计将会得到提高。　　然而，5G发展狂潮给手机设计带来了巨大的RF挑战。由于标准制定的时间线比较紧迫，基本RF规格的关键细节仍存在不确定性，如功率回退水平、区域频段组合、上行MIMO和补充

2、上行链路(SUL)。　　由于运营商坚持主张适时在手机中纳入5G内容，以完成其网络部署计划，所以即使在规范仍在继续发展的当下，智能手机制造商也面临着制定实施战略的压力，以满足具有挑战性的5GRF要求。这些要求包括宽度前所未有的带宽、高峰均功率比、非常高的功率放大器(PA)线性度以及广泛的载波聚合驱动型频率拥塞。　　了解真实情况　　5G最终将支持众多应用。然而，移动运营商的初期实施以增强型移动宽带(eMBB)为重点，预计将实现数据速率比当今4G数据速率提高多达20倍。　　实现真正的5G技术需要在智能手机和5G新无线电(NR)基础设施中采用新硬件，而不仅仅是提高4G数据速率并将其重塑为5G，

3、就如同之前3G到4G的技术过渡。　　初始的5GNR规范集已于2017年12月交付使用，5G阶段1（3GPP版本15）对其进行了定义。这些规范侧重于利用非独立(NSA)5GNR技术实现移动宽带部署，即可用于大多数早期5G网络部署（图1）的技术。通过利用LTE锚频段进行控制以及5GNR频段提高数据速率，NSA可用来加快5G部署。利用该方法，运营商只需扩展其现有的LTE网络即可快速实现5G速度，且无需构建全新的5G核心网络。5G独立(SA)规范消除了LTE锚的必要性，并将需要扩建一个全5G网络，目前定于1年后（2018年12月）交付使用。　　　　图1.从LTE到5G部署的逐步过渡。　　版本1

4、5NSA规范整合了开始设计5G智能手机所需的众多5G规范，包括新频段、载波聚合(CA)组合以及关键的RF特性（如波形、调制和子载波间隔）。　　正如预期那样，规范定义了两个广泛的频谱范围，即sub-6GHz(FR1)和毫米波(FR2)频率。它们包括第一组新5GFR1频段（n77、n78和n79），将用于许多全球5G部署（图2）。从长远角度看，许多LTE频段已被指定用于重新分配为5G频段，但只有一小部分有望在近期使用，包括n41、n71、n28和n66。版本15规范还包括600多个新的CA组合。　　　　图2.5GFR1频段（n77、n78和n79）的新区域分配　　5G规范定义了两个可选波形

5、：CP-OFDM和DFT-s-OFDM。CP-OFDM在资源模块中提供了很高的频谱封装效率（高达98%），并为MIMO提供了良好的支持。因此，当运营商优先考虑尽可能提高网络容量时（例如在密集城市环境中），可能会使用该波形。DFT-s-OFDM是用于LTE上行链路的同一波形，其频谱封装效率更低，但范围更广（表1）。　　　　表1.关键的5G规范　　规范还确认，尽管数据速率得到提高，但5G移动宽带的时间排程就如同LTE，且对核心RF实施不会产生任何额外影响。然而，5G技术大大降低了延迟，因此天线交换和天线调谐的可用时间更少。这可能导致需要使用在某些应用中速度比4G快10倍的开关技术。　　4G

6、到5G过渡过程中的另一个重大变化就是手机必须支持宽度前所未有的带宽。提高带宽是5G的基本宗旨：是实现以全新5G频段为目标的更高数据速率的关键。单载波带宽可高达100MHz，即LTE最高带宽20MHz的5倍（图3），且在FR1频率范围内，可存在2个上行链路和4个下行链路载波，以分别实现200MHz和400MHz的总带宽。管理该带宽所面临的挑战预计将影响整个RF子系统，这样即使是最具创新精神的RF公司也要提高标准。　　　　图3.最大信道带宽比较：4GLTE与5GNR　　手机设计面临的挑战　　智能手机制造商面临的挑战就是，如何对已经拥有大量4GLTE功能的手机快速增加5G支持功能，以及如何在

7、不延迟产品发布周期或在不影响达成全球发货量目标的情况下实现这一功能增加。　　5GNSA双连接性　　尽管5GNSA是加快5G部署的关键，但也大大增加了RF复杂性，因为它要求同时实现4GLTE和5G连接性。　　在许多情况下，运营商预计将整合4GFDD-LTE频段和5G频段。NSA规范允许手机在一个或多个LTE频段中传输数据，同时在一个5G频段中接收数据。这就大大增加了传输频率谐波劣化接收器灵敏度的可能性。　　例如，将LTE频段1、3、7和20与5G