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台东县导航天线 深圳飞易迅

2020年06月02日    

而随着WiMAX和LTE(4G)的加入,这种复杂度将越来越高。在移动电话中,天线开关控制着天线接入所有这些无线信号,实质上起着网守的作用。多频手机设计面临着很大的挑战,因为所有这些信号工作在不同的带宽,而且它们都需要接入天线。为了取得zui优的性能和外形尺寸,它们zui好能通过单个射频开关接入天线。对开关制造商来说,这意味着从单刀四掷(SP4T)相应发展到SP7T甚至SP9T配置才能处理越来越多的信号。

这种先进的开关需要能够处理由宽带CDMA(WCDMA)和低功率I/O无线设备带来的额外移动通信频段的接入。可以预期的是,手机复杂性会越来越高,要求能够处理更多频段的信号。市场将至少标准化七个频段,并且要留出一个空间给第八个频段(LTE)使用。即使今后发生合并,射频电路中由于合并留出的空间也会很快被越来越流行的、也需要接入天线的外围无线电设备和功能所挤占。为了支持互联网、多媒体和视频,3G移动手机市场已经转向WCDMA。相应的GSM也演变成GSM/WCDMA双模技术。为了满足全球需求,目前的GSM手机zui多有4个发送(Tx)和4个接收(Rx)通道。

增加WCDMA后每个新的频段都要增加另外一个Tx/Rx通道。目前的移动手机设计倾向于采用4xGSM(850、900、1800、1900MHz)和3xWCDMA(850、1900、2100MHz)前端。因此,手机复杂度已经达到空前的水平。多频手机中的任何设计折中都要求满足或超过所有标准提到的性能等级。一般情况下,多模多频的移动手机使用单个功放模块来处理四频GSM/EDGE信号。另一方面,每个WCDMA频段需要使用它自己的独立功放。因此,具有一个WCDMA频段的四频GSM手机至少需要一个单刀六掷(SP6T)开关来管理所有的信号通道。当然,设计师也可以使用一个双工器和两个SP3T(流行的GaAs配置),但与使用单个SP6T开关相比这种方法将产生较高的插入损耗。

基本物理层传输方案

LTE下行传输方案采用传统的带循环前缀(CP)的OFDMA,每一个子载波占用15kHz,循环前缀的持续时间为4.7/16.7μs,分别对应短CP和长CP。为了满足数据传输延迟的要求(在轻负载情况下,用户面延迟小于5ms),LTE系统必须采用很短的交织长度(TTI)和自动重传请求(ARQ)周期,因此,在3G中的10ms无线帧被分成20个同等大小的子帧,长度为0.5ms。

下行数据的调制主要采用QPSK、16QAM和64QAM这3种方式。针对广播业务,一种独特的分层调制(hierarchical modulation)方式也考虑被采用。分层调制的思想是,在应用层将一个逻辑业务分成两个数据流,一个是高优先级的基本层,另一个是低优先级的增强层。在物理层,这两个数据流分别映射到信号星座图的不同层。由于基本层数据映射后的符号距离比增强层的符号距离大,因此,基本层的数据流可以被包括远离基站和靠近基站的用户接收,而增强层的数据流只能被靠近基站的用户接收。也就是说,同一个逻辑业务可以在网络中根据信道条件的优劣提供不同等级的服务。

在目前的研究阶段,主要还是沿用R6的Turbo编码作为LTE信道编码,例如在系统性能评估中。但是,很多公司也在研究其他编码方式,并期望被引入LTE中,如低密度奇偶校验(LDPC)码。在大数据量情况下,LDPC码可获得比Turbo码高的编码增益,在解码复杂度上也略有减小。

MIMO技术在R7中已经被引入,是WCDMA增强的一个重要特性。而在LTE中,MIMO被认为是达到用户平均吞吐量和频谱效率要求的技术。下行MIMO天线的基本配置是,在基站设两个发射天线,在UE设两个接收天线,即2×2的天线配置。更高的下行配置,如4×4的MIMO也可以考虑。开环发射分集和开环MIMO在无反馈的传输中可以被应用,如下行控制信道和增强的广播多播业务。

虽然宏分集技术在3G时代扮演了相当重要的角色,但在HSDPA/HSUPA中已基本被摒弃。即便是在最初讨论过的快速小区选择(FCS)的宏分集,在实际规范中也没有定义。LTE沿用了HSDPA/HSUPA思想,即只通过链路自适应和快速重传来获得增益,而放弃了宏分集这种需要网络架构支持的技术。在2006年3月的RAN总会上,确认了E-UTRAN中不再包含RNC节点,因而,除广播业务外,需要“中心节点”(如RNC)进行控制的宏分集技术在LTE中不再考虑。但是对于多小区的广播业务,需要通过无线链路的软合并获得高信噪比。在OFDM系统中,软合并可以通过信号到达UE天线的时刻都处于CP窗之内的RF合并来实现,这种合并不需要UE有任何操作。

上行传输方案采用带循环前缀的SC-FDMA,使用DFT获得频域信号,然后插入零符号进行扩频,扩频信号再通过IFFT。这个过程简写为DFT-SOFDM。这样做的目的是,上行用户间能在频域相互正交,以及在接收机一侧得到有效的频域均衡。

子载波映射决定了哪一部分频谱资源被用来传输上行数据,而其他部分则入若干个零值。频谱资源的分配有两种方式:一是局部式传输,即DFT的输出映射到连续的子载波上;另一个是分布式传输,即DFT的输出映射到离散的子载波上。相对于前者,分布式传输可以获得额外的频率分集。上行调制主要采用π/2位移BPSK、QPSK、8PSK和16QAM。同下行一样,上行信道编码还是沿用R6的Turbo编码。其他方式的前向纠错编码正在研究之中。

上行单用户MIMO天线的基本配置,也是在UE有两个发射天线,在基站有两个接收天线。在上行传输中,一种特殊的被称为虚拟(Virtual)MIMO的技术在LTE中被采纳。通常是2×2的虚拟MIMO,两个UE各自有一个发射天线,并共享相同的时—频域资源。这些UE采用相互正交的参考信号图谱,以简化基站的处理。从UE的角度看,2×2虚拟MIMO与单天线传输的不同之处,仅仅在于参考信号图谱的使用必须与其他UE配对。但从基站的角度看,确实是一个2×2的MIMO系统,接收机可以对这两个UE发送的信号进行联合检测。

双方在5G关键技术研究的目标上互相补充,在技术领域既有交叉又能形成互补。易芝玲认为,虽说5G研究是一个远期目标,但是绝 对不是看得见摸不着的海市蜃楼。从2G开始,各代移动通信系统技术之间并不是如刀切豆腐般完全隔离的,而是有着千丝万缕的联系,甚至可以用前沿技术成果“反哺”现役网络。我们如今研究探讨的很多关键技术如面向超大规模天线阵列的射频天线一体化单元,可以马上在现有的3G网络与即将大规模建设的4G网络中应用,改变现有网络的物理部署形式,使得布网成本、信号覆盖性能指标产生极大的飞跃,而接下来如果同频同时全双工通信取得突破的话,将在移动通信领域产生一场新的革命。

这样就使得5G研究有了更加紧迫的现实意义。超大规模天线:不知不觉将超高速率带到身边 众所周知,多天线MIMO系统是4G标准的核心技术,也是通信系统不断提高频谱效率的基础。未来业务的发展对下一代通信系统IMT-2020(5G)提出了更高的性能需求,易芝玲倡议5G技术研发必须做到能耗效率与频谱效率并重。理论研究表明,基站端使用超大规模的天线单元能同时提升以上两个指标。庄昆杰介绍说,光微研发的小型化、宽频化、高 效率天线技术,采用了微带线激励微槽辐射器并在轻薄空间内形成多个不同频率的驻波型空间电磁场,通过圆形薄片调节器,从而高 效率形成所需要的电磁波,向空间传播辐射。

与传统的分米波段半波振子天线主流技术相比较,具有小型化、轻薄紧凑、受风面积小、重量轻、便于安装等优点。以此为基础,完全可以构建超大规模阵列天线,可以将现有的系统吞吐速率至少有数量级的提升,目前128个单元的天线已经可以做到30×120cm,未来更将能实现20×80cm尺寸目标。 易芝玲表示,随着移动通信用户对于速率的要求越来越高,未来天线既要满足高速率又要尽可能绿色隐 形化,比如天线可以做成建筑物上瓷砖的形状,神不知鬼不觉地实现高 效信号覆盖。比如厦门环岛路上著名的“一国两制统一中国”标语牌,完全就可以设计成超大规模阵列天线,特别是其中的那个“中”字结构简单又对称,是大规模天线阵的上佳之选。 此次移动研究院与光微电子重点探讨了超大规模天线系统在阵列天线设计方面的核心技术难题。本项目的研究初始以D频段(2570~2620MHz)实现128天线阵列为目标,长远目标为在下一代系统的可选频段实现1024天线阵列。易芝玲表示,一切顺利的话,在年底前将做出满足要求的128天线阵列样机。

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