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目前，我們已處于4G系統(tǒng)商用階段，然而5G已經(jīng)于11月1日正式商用，這將帶來(lái)海量數(shù)據(jù)通信、萬(wàn)物互聯(lián)、實(shí)時(shí)交互、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等新型業(yè)務(wù)的快速發(fā)展。因此，5G儼然已經(jīng)成為當(dāng)前移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)的關(guān)注焦點(diǎn)。未來(lái)的5G系統(tǒng)將著眼于全頻段，即不僅局限于低頻段(6GHz及以下頻段)，也將考慮高頻段(毫米波頻段)。
而天線作為移動(dòng)通信的重要組成部分，其研究與設(shè)計(jì)對(duì)移動(dòng)通信起著至關(guān)重要的作用。而5G帶來(lái)的改變就是用戶(hù)體驗(yàn)的革新：華為Mate30系列手機(jī)內(nèi)部集成21根天線，不僅支持5G，還要兼容4G、3G、NFC、GPS、WiFi、藍(lán)牙等網(wǎng)絡(luò)，總計(jì)21根天線，用于5G有14條天線，進(jìn)而揭示了5G 新的通信架構(gòu)下，手機(jī)終端天線發(fā)展真正的技術(shù)需求。在終端設(shè)備中信號(hào)質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響著用戶(hù)體驗(yàn)，所以，5G終端天線的設(shè)計(jì)必將成為5G部署的重要環(huán)節(jié)之一。
3GPP把5G頻段分為FR1頻段和FR2頻段，其中FR1的頻段通常被稱(chēng)為Sub6G頻段，范圍為450MHz-6GHz，FR2頻段為24.25GHz-52.6GHz，通常被稱(chēng)為毫米波頻段。毫米波頻段的優(yōu)勢(shì)是具備大量的可用頻譜帶寬、波束窄、方向性好、頻段許可獲取成本低。借助于先進(jìn)的毫米波自適應(yīng)波束賦型和波束跟蹤技術(shù)，可以確保在真實(shí)環(huán)境中毫米波終端與基站實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健的移動(dòng)寬帶通信。
5G通信中采用兩種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方式進(jìn)行部署
獨(dú)立組網(wǎng)模式
指的是新建5G網(wǎng)絡(luò)，包括新基站、回程鏈路以及核心網(wǎng)。SA引入了全新網(wǎng)元與接口的同時(shí)，還將大規(guī)模采用網(wǎng)絡(luò)虛擬化、軟件定義網(wǎng)絡(luò)等新技術(shù)，并與5GNR結(jié)合，同時(shí)其協(xié)議開(kāi)發(fā)、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃部署及互通互操作所面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)將超越3G和4G系統(tǒng)
非獨(dú)立組網(wǎng)模式
非獨(dú)立組網(wǎng)指的是使用現(xiàn)有的4G基礎(chǔ)設(shè)施，進(jìn)行5G網(wǎng)絡(luò)的部署?；?/span>NSA架構(gòu)的5G載波僅承載用戶(hù)數(shù)據(jù)，其控制信令仍通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)傳輸
NSA和SA組網(wǎng)形式（網(wǎng)絡(luò)圖片）
采用5G初級(jí)階段的NSA組網(wǎng)方式，5G網(wǎng)絡(luò)與4G網(wǎng)絡(luò)并存，而5G 設(shè)備要達(dá)到更高速、穩(wěn)定、低時(shí)延等要求則依賴(lài)于以下幾個(gè)因素：
(1) 更多的頻段；
(2) 多個(gè)頻段之間的載波聚合技術(shù)；
(3) 大規(guī)模MIMO等技術(shù)。
當(dāng)前手機(jī)終端天線凈空普遍壓縮至2mm左右，而終端天線設(shè)計(jì)中既要兼顧sub6G與毫米波頻段的多頻段需求，又要支持MIMO天線技術(shù)，多頻帶CA技術(shù)實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景需求，這些技術(shù)的引入都對(duì)5G手機(jī)終端設(shè)計(jì)研發(fā)提出了高難度的挑戰(zhàn)：
ü NSA組網(wǎng)模式下，4G頻段天線與5G頻段天線并存；3GPP中，4×4 MIMO天線作為強(qiáng)制入網(wǎng)要求。5G終端產(chǎn)品內(nèi)的天線數(shù)目激增，面對(duì)這么多天線，天線效率、天線共存、天線布局等問(wèn)題亟待研究解決，天線設(shè)計(jì)面臨著重大挑戰(zhàn)；
ü 5G通信中，低頻的頻譜資源終歸是有限的，毫米波應(yīng)用的潛力巨大，毫米波具有極寬的帶寬，提高信道容量和數(shù)據(jù)傳輸速率的毫米波技術(shù)成為了未來(lái)5G通信關(guān)鍵技術(shù)之一。但毫米波信號(hào)介質(zhì)和輻射損耗較大，如何減少毫米波在終端內(nèi)的損耗，確保毫米波更好的傳輸特性是工程師要面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)。
ü 5G手機(jī)中集成多種芯片模塊，CPU、射頻模塊、基帶芯片、屏幕都是功耗與發(fā)熱的大戶(hù)，而5G芯片的計(jì)算能力要比現(xiàn)有的4G芯片高至少5倍，功耗大約高出2.5倍。并且手機(jī)的散熱好壞不僅僅影響用戶(hù)體驗(yàn)，同時(shí)影響手機(jī)內(nèi)部器件工作狀態(tài)，5G手機(jī)的散熱技術(shù)研究面臨重大挑戰(zhàn)。
ü 為了滿(mǎn)足5G下行峰速20 Gbps，需要提供100 MHz的傳輸帶寬，為了滿(mǎn)足大帶寬連續(xù)頻譜的稀缺，在5G通信中采用載波聚合（CA）來(lái)解決。但是如果發(fā)送和接收路徑之間的隔離度或者交叉隔離不足，多個(gè)頻段的無(wú)線RF信號(hào)可能會(huì)相互干擾，則CA應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)靈敏度降低（desense）問(wèn)題。所以5G手機(jī)終端的desense問(wèn)題會(huì)比之前更為復(fù)雜，需要對(duì)Sub6G頻段與毫米波頻段共存狀態(tài)下對(duì)desense問(wèn)題根因分析，提前應(yīng)對(duì)信號(hào)干擾問(wèn)題。
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摘自 ANSYS公眾號(hào)
