利尔达科技集团股份有限公司
关于5G通信技术,你了解多少?
来源:利尔达科技 作者:于海波 日期:2021-09-10 浏览量:2517

  移动通讯自20世纪80年代诞生以来,经过了三十多年的爆发式增长,已经成为连接人类社会的基础信息网络。随着4G进入规模商用阶段,面向2020年及未来的第五代移动通讯,已成为全球研发的热点。


  第五代移动通信技术(5th generation mobile networks或5th generation wireless systems、5th-Generation,简称5G或5G技术)是最新一代蜂窝移动通信技术,也是即4G(LTE-A、WiMax)、3G(UMTS、LTE)和2G(GSM)系统之后的延伸。其性能目标是高数据速率、减少延迟、节省能源、降低成本、提高系统容量和大规模设备连接。


  5G的网络架构


  5G(第五代移动通信技术)的三大应用场景主要是eMBB(增强移动带宽),uRLLC(高可靠性低延时通信),mMTC(海量通信)。5G弥补了4G技术的不足,在连接速度、系统容量、连接数量、网络延时等方面有了大幅度的提升,它的目标是真正意义上的融合网络。


  根据3Gpp的规划,5G有两种组网模式——SA(Standalone独立组网)和NSA(Non-Standalone非独立组网)。独立与非独立在于是否利用4G技术设施进行部署,SA组网模式需要新建全套5G基础设施,而NSA组网会使用部分4G基础设施。


  NSA组网目前主要流行的是Option3X和Option7两种方案,Option3X和Option7都是以4G基站eNodeB作为控制锚点,即eNodeB传输UE和核心网间的控制信令,而在NSA模式下,5G基站gNB不传输UE和核心网间的控制信令(4G基站和5G基站都需要传输用户面数据)。


  两种方案的区别在于:Option3基于4G EPC(Evolved Packet Core,分组核心网)部署,而Option7基于5GC(5G Core,5G核心网)部署。在5G核心网没有部署的情况下,通常NSA指的是Option3X。


  SA的终极目标则是Option2,即独立的5G基站gNB,和独立的5G核心网5GC,支持eMBB,mMTC,uRLLC场景,便于拓展垂直行业。网络简单,但全新建周期。


  如下图分别是Option3,Option7,Option2的网络架构图。

NSA网络架构图之一

SA网络架构图之一


  5G关键技术


  5G通信性能的提升不是单靠一种技术,需要多种技术相互配合共同实现。关键技术大致分为无线传输技术和网络技术两类。


  1)无线传输技术

  ·大规模MIMO技术:基站使用大规模天线,波束窄,指向性传输,高增益,抗干扰,提高频谱效率;

  ·非正交多址技术:NOMA、MUSA、PDMA、SCMA等非正交多址技术,进一步提升系统容量。支持上行非调度传输,减少空口时延,适应低时延要求;

  ·全双工通信技术:是一项通过多重干扰消除实现信息同时同频双向传输的物理层技术,有望成倍提升无线网络容量;

  ·新型调制技术:滤波器组正交频分复用,支持灵活的参数配置,根据需要配置不同的载波间隔,适应不同传输场景;

  ·新型编码技术:LDPC编码和polar码,纠错性能高;

  ·高阶调制技术:1024QAM调制,提升频谱效率。


  2)网络技术

  ·网络切片技术:基于NFV和SDN技术,网络资源虚拟化,对不同用户不同业务打包提供资源,优化端到端服务体验,具备更好的安全隔离特性。

  ·边缘计算技术:在网络边缘提供电信级的运算和存储资源,业务处理本地化,降低回传链路符合,减小业务传输时延。

  ·面向服务的网络体系架构:5G的核心网采用面向服务的架构构建,资源粒度更小,更适合虚拟化。同时,基于服务的接口定义,更加开放,易于融合更多的业务。


  5G模组高频信号射频前端设计难点技术分享


  相对于4G,5G给射频前端挑战是多方面的,首先体现在带宽上。众所周知,受限于LTE本身的特性,LTE带宽最高只有20M,但到了5G,带宽可达100M,到了毫米波更能达到400M,也就是说单个信道甚至需要支持400兆的带宽。


  从射频前端的角度来说,这个难度对5G模组的设计是相当相当大。在频率上5G频段分为sub6G和毫米波,频率范围为FR1(450MHz-60000MHz),FR2(24250MHz-52600MHz),在450-3GMhz是比较容易,但从3GHz-6GHz,24GHz-52GHz的设计上,就非常难了。在这些频段设计过程中,经常会遇到一个很困扰的问题——就是在3GHz-6GHz,24GHz-52GHz频段会出现很大的路损。其产生的根本原因主要有几点导致,第一点是过孔导致,第二原因则是阻抗的不连续性,第三个是馈线和接口的频率范围导致。


  1)过孔


  在高速,高密度的设计时,设计者总是希望过孔越小越好,这样板上可以留有更多的布线空间,此外,过孔越小,其自身的寄生电容也越小,更适合用于高速电路。


  过孔在传输线上表现为阻抗不连续的断点,会造成信号的反射,并且过孔产生的问题更多的集中于寄生电容和电感的影响。过孔的寄生电容会给电路造成的主要影响是延长了信号的上升时间,降低了电路的速度,过孔的寄生电感带来的危害往往大于寄生电容的影响。它的寄生串联电感会削弱旁路电容的贡献,减弱整个电源系统的滤波效用。


  2)阻抗的不连续性


  单个过孔虽然也会导致阻抗的断点产生,导致不连续性,但产生阻抗不连续性更严重的则是叠层和匹配电路导致。由于设计过程中,如果过孔比较小,参考叠层的选取导致微带线过细,而在模组内部微带线经匹配电路的焊盘变大后,又经过匹配电路变细,这在低频信号设计过程中,影响微小,但在高频信号中,会直接导致阻抗的不连续性产生,并且频率越高,路损越大。


  因此设计过程中,要确保孔径,微带线,匹配电路焊盘与参考地的连续性,并且避免过孔过大而带来的寄生电容和电感的影响。


  3)馈线和接口的频率范围


  往往模组设计好后在实际测试过程中也会遇到路损很大。另外的一个原因是馈线和接口端子的问题。市面上选择的往往是普通馈线和接口端子,一般都是3Ghz以下的馈线和端子。所以在5G的设计过程中,需将馈线和接口端子都换成6GHz以上,如果涉及到毫米波,需适配毫米波频段的馈线和接口端子。