深入了解5G NR 現(xiàn)在，您可能對5G已有基本認識，下面讓我們再深入一些，了解5G的支持技術(shù)。5G的骨干技術(shù)如下：

?頻譜技術(shù)

?動態(tài)頻譜共享技術(shù)?擴展正交頻分復(fù)用技術(shù)（OFDM），一種將更多數(shù)字數(shù)據(jù)編碼到多個載波頻率的方法。 ?多進多出技術(shù)（MIMO），其中包括同時利用多個天線的技術(shù)，以提高數(shù)據(jù)速度和減少誤差。 ?波束賦形技術(shù)，將來自多個天線的射頻信號合并成一個指向特定設(shè)備或接收器的強信號。 ?小蜂窩技術(shù)或網(wǎng)絡(luò)密致化技術(shù)，將多個蜂窩站點密集放置，以提高可用容量。 另外，這些技術(shù)還將顯著強化現(xiàn)有的4G LTE網(wǎng)絡(luò)，提高網(wǎng)絡(luò)靈活性、伸縮性和效率。其中部分技術(shù)（如5G頻譜）已在前文講解，其他幾項技術(shù)我們將在以下各節(jié)分別講解。

#頻譜與動態(tài)頻譜共享# 前文提到，為滿足增強型移動寬帶（eMBB）的需求（例如：1Gbps或以上的數(shù)據(jù)率速度，以及采納用戶設(shè)備所需的數(shù)據(jù)率），頻譜與動態(tài)頻譜共享是兩項必需的技術(shù)。

相對于4G LTE ，5G顯著提高了數(shù)據(jù)率。不過，5G的大部分優(yōu)勢都源于新的5G頻帶所獲得的帶寬增強，只有少部分數(shù)據(jù)吞吐量的提高是因為實施了5G NR技術(shù)。如您所見，頻譜的增加給下行鏈路的數(shù)據(jù)率帶來指數(shù)級增長，而載波聚合與5G NR技術(shù)升級僅貢獻19%的增長。

4G LTE與5G NR下載鏈路數(shù)據(jù)完善情況比較

#頻分復(fù)用（OFDM）# 在5G NR開發(fā)過程中，第一步是為5G NR設(shè)計物理層，其中波形是一個核心技術(shù)組成。在審查多個提案后，3GPP選擇擴展使用頻分復(fù)用技術(shù)，同時在上行鏈路和下行鏈路為5G添加循環(huán)前綴頻分復(fù)用（CP-OPDM）波型。 CP-OFDM技術(shù)利用多個平行窄帶子載波來傳輸信息，而不使用單個寬帶載波。該技術(shù)定義充分，已在4G LTE下行鏈路和Wi-Fi通信標(biāo)準(zhǔn)成功實施，因此也適合用于5G NR設(shè)計。

不過，5G NR上行鏈路還提供了一種不同的波形格式，這種波形格式類似4G LTE上行鏈路使用的波形模式離散傅立葉變換擴頻正交頻分復(fù)用（DFT-S-OFDM）波形。DFT-S-OFDM波形是一種4G采用的波形，結(jié)合了循環(huán)前綴正交頻分復(fù)用和低峰均比（PAPR）的優(yōu)點。DFT-S-OFDM波形對上行鏈路有幫助，對于高功率的2級功率應(yīng)用或者當(dāng)用戶設(shè)備位于基站蜂窩的邊緣位置，遠離信號塔時，DFT-S-OFDM可能是首選波形。

在靈活性上，5G NR提供的子載波間隔方案還超越了LET提供的固定15kHz子載波間隔。5G NR提供的子載波間隔包括FR2，最大間隔達到240kHz。靈活的載波間隔可用于適當(dāng)支持5G NR所需的多元化頻帶、頻譜類型及部署模式。 DFT-S-OFDM非常類似于LTE上行鏈路使用的單頻分復(fù)用接入（SCFDMA），CP-OFDM非常類似于LTE下行鏈路使用的正交頻分復(fù)用接入（OFDMA）。3GPP之所以選擇CP-OFDM，原因如下：

? CP-OFDM能夠面向復(fù)雜程度較低的接收器延展。

?在一些最重要的5G性能指標(biāo)上（例如：與多天線技術(shù)的兼容性），CP-OFDM排名最高。 ?CP-OFDM的時域控制良好，這一點對于低延時關(guān)鍵應(yīng)用和時分雙工（TDD）部署具有重要意義。 ? 與其他波形相比，CP-OFDM對于相位噪聲和多普勒效應(yīng)（頻率變化與波長變化）的耐受性更強。 ?CP-OFDM在MIMO空間復(fù)用上的效率更高，這相當(dāng)于提高了頻譜效率。 ? 在大規(guī)范部署條件下，CP-OFDM非常適合上行鏈路傳輸。

#5G MIMO與大規(guī)模MIMO# 大規(guī)模MIMO技術(shù)是MIMO技術(shù)的擴展。MIMO技術(shù)有效地、重復(fù)地利用同一帶寬，以便傳輸更多數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對頻譜更加高效的利用。

今天許多LTE MIMO基站都最多由八根天線組成，接收器上有一到二根天線。這使得基站能夠同時向8名用戶分別發(fā)送8條數(shù)據(jù)流；如果合二為一，則能夠同時向4名用戶分別發(fā)送2條數(shù)據(jù)流。

隨著4G向大規(guī)模MIMO的轉(zhuǎn)移，天線數(shù)量出現(xiàn)指數(shù)增至多達16根、32根、64根、128根，甚至更多。這些天線的集合被稱為“天線陣列系統(tǒng)”（AAS）。這有助于通過波束賦形技術(shù)，將能量集中到較小的空間區(qū)域（參見下節(jié)），以極大改善吞吐量和輻射能量效率。

大規(guī)模MIMO有助于：? 防止在非理想方向上傳輸數(shù)據(jù)，減輕干涉

?減少延時，從而提高速度和可靠性

?減少通知和連接的衰落與掉線

? 同時服務(wù)大規(guī)模用戶群

?推出二維波束賦形

大規(guī)模MIMO不僅能夠增加蜂窩容量和蜂窩效率，還能利用銳利天線波束方向圖（由多個天線元素組成）平行發(fā)送和接收射頻信號。在采用大規(guī)模MIMO技術(shù)的基站，每條數(shù)據(jù)流都有獨特的輻射方向圖，因此不會相互干涉。每條數(shù)據(jù)流的信號強度都按照目標(biāo)用戶設(shè)備的方向傳送；在其他用戶設(shè)備的方向，信號強度則被減少，以降低干涉。

#波束賦形# 波束賦形技術(shù)對天線陣列中的單根天線的量級和相位進行適當(dāng)加權(quán)，利用多根天線來控制波形的傳送方向，為5G帶來顯著優(yōu)勢。由于波束賦形技術(shù)是大規(guī)模MIMO系統(tǒng)使用的一項技術(shù)，因此有時“波束賦形”與“大規(guī)模MIMO”這兩個術(shù)語可以互換使用。

波束賦形技術(shù)被用于毫米波頻譜，基本頻率在24GHz以上。該頻譜使用的是200至400MHz的寬信道帶寬，因此提供了超高的數(shù)據(jù)傳輸速度。承運商將使用該技術(shù)部署5G固定無線接入服務(wù)（FWA），作為“最后一英里”連接解決方案，為家庭和企業(yè)提供高速連接。

固定無線接入毫米波有一個缺點：雨、植物或建筑物等，都可能造成毫米波信號衰減。在這些情況下，有時候難以保持用戶設(shè)備處于視距范圍，因此會造成信號延遲、衰減以及到達信號發(fā)生變化。不過，波束賦形技術(shù)有助于減少這些負面效果。通過利用大規(guī)模MIMO和波束賦形技術(shù)帶來的多條路徑，即使在視距受限的情況下，也可以對天線元素與用戶設(shè)備之間的空間信道進行定性及數(shù)字化編碼和解碼，從而有助于減少信號損失。

大規(guī)模MIMO與波束賦形 #網(wǎng)絡(luò)密致化# 今天，無線基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)包含眾多元素，有大蜂窩基站、地鐵蜂窩基站，還有室內(nèi)外分布式天線系統(tǒng)和小蜂窩基站。這些元素在異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)（HetNet）環(huán)境下共同工作，如下圖所示。

無線基礎(chǔ)設(shè)施異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)與小蜂窩基站集成

所謂“密致化”，是一種通過增強蜂窩站點，提高可用蜂窩容量的技術(shù)。這種蜂窩可以是微蜂窩或小蜂窩，以應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)容量緊張的區(qū)域。另外，這些蜂窩還可以分擔(dān)周邊大基站和微基站的通信流量。

小蜂窩基站是一種將蜂窩基站拆分成更小型群組的迷你基站。另外，還可根據(jù)覆蓋面積的大小，細分為皮蜂窩基站、微蜂窩基站和飛蜂窩基站，并且這些基站既可以設(shè)在室內(nèi)，也可以設(shè)在室外。

微蜂窩基站與小蜂窩基站之間存在重要區(qū)別。微蜂窩基站有一條大型數(shù)據(jù)管道通向網(wǎng)絡(luò)。小蜂窩基站則將這條管道拆分成覆蓋一定區(qū)域的多條小型管道。小蜂窩基站的主要目標(biāo)是提高大蜂窩基站的邊緣數(shù)據(jù)容量或者覆蓋大蜂窩不能覆蓋的區(qū)域（覆蓋不良），最終目標(biāo)是完善數(shù)據(jù)、速度和網(wǎng)絡(luò)效率。下圖所示為小蜂窩集成網(wǎng)絡(luò)。

小蜂窩集成網(wǎng)絡(luò)

小蜂窩：

?提高數(shù)據(jù)容量，尤其是高端購物區(qū)或城市中心區(qū)等高度稠密的區(qū)域。 ?消除了高成本的屋頂系統(tǒng)和設(shè)備或租用成本。

?提高了手機性能。

在討論密致化與小蜂窩基站時，我們需要考慮物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備使用多種無線技術(shù)進行連接。小蜂窩基站的實施以及眾多設(shè)備的互聯(lián)，將構(gòu)成大規(guī)模、超可靠、低延時機械類通信（MTC）的一個關(guān)鍵方面。 物聯(lián)網(wǎng)的傳輸類型大致分為以下四種：?有線傳輸

?中短距離無線傳輸（從藍牙到網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)Wi-Fi、ZigBee）

? 長距離無線傳輸（4G LTE和5G蜂窩），低功率廣域網(wǎng)（LPWAN）

?衛(wèi)星傳輸

5G將可實現(xiàn)大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)，大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)能夠支持數(shù)百億個設(shè)備、物品和機器，并且這些設(shè)備都需要連接無處不在。這些設(shè)備可以是移動設(shè)備、漫游設(shè)備，還可以是固定設(shè)備。 #5G NR頻譜載波聚合#“載波聚合”是一種將兩個以上載波合并成一條數(shù)據(jù)信道，以增加數(shù)據(jù)容量的技術(shù)。通過利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)頻譜，載波聚合技術(shù)讓運營商能夠提供更高的上行鏈路和下行鏈路數(shù)據(jù)率，因此能夠提高網(wǎng)絡(luò)性能和確保高質(zhì)量用戶體驗。載波聚合為4G提高用戶數(shù)據(jù)吞吐量做出重要貢獻，并且還將在5G起到同樣重要的作用。為了增加容量，全球運營商都在積極地添加載波聚合頻帶和功能（例如：MIMO）。

相關(guān)命名慣例因為5G頻帶而發(fā)生改變。5G命名重新加入字母“n”（即n77或n78），用以指代“New Radio”（即新空口）；而4G命名則使用字母“B”指代“頻帶”。5G NR使用的LTE頻帶仍將使用相同的頻帶編號，只是增加了n標(biāo)識符。

5G載波聚合將提供帶有非對稱上下載功能的多重連接能力，并且在毫米波頻率提供高達700MHz的信道帶寬。在7GHz以下頻帶，可以利用4條100MHz信道，實現(xiàn)400MHz瞬時帶寬。 在頻分雙工（FDD）或時分雙工（TDD）條件下，每條分量載波能夠獲得1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz或20MHz帶寬。因此，如果有5條20MHz分量載波，那么利用載波聚合，最高可以實現(xiàn)100MHz帶寬。在時分雙工條件下，分量載波的帶寬和數(shù)量必須在上下行鏈路保持相同。4G LTE-Advanced Pro能夠提供最高100MHz帶寬，支持32條分量載波，因此最高帶寬可以達到640MHz。于是在5G NR條件下，還有另外一個載波聚合方案，該方案被稱為“雙重連接”，能夠聚合4G LTE和5G NR頻帶。探索射頻前端技術(shù)的不同

5G愿景的真正實現(xiàn)，還需要更多創(chuàng)新。網(wǎng)絡(luò)基站和用戶設(shè)備（例如：手機）變得越來越纖薄和小巧，能耗也變得越來越低。為了適合小尺寸設(shè)備，許多射頻應(yīng)用所使用的印刷電路板（PCB）也在不斷減小尺寸。因此，射頻應(yīng)用供應(yīng)商必須開發(fā)新的封裝技術(shù)，盡量減小射頻組件的占位面積。再進一步，部分供應(yīng)商開始開發(fā)系統(tǒng)級封裝辦法（SiP），以減少射頻組件的數(shù)量，盡管這種辦法將會增加封裝成本。

系統(tǒng)級封裝辦法正在被用于射頻前端，而射頻前端包含基站與天線中間的所有組件。

一個典型的射頻前端由開關(guān)、濾波器、放大器及調(diào)諧組件組成。這些技術(shù)設(shè)備的尺寸不斷減小，并且相互集成度不斷加大。結(jié)果，在手機、小蜂窩、天線陣列系統(tǒng)、Wi-Fi等5G應(yīng)用中，射頻前端正在變成一個復(fù)雜的、高度集成的系統(tǒng)封包。

不管怎樣，5G愿景的實現(xiàn)都需要射頻技術(shù)和封裝技術(shù)的顛覆性創(chuàng)新。

#氮化鎵技術(shù)#

氮化鎵（GaN）是一種二進制III/V族帶隙半導(dǎo)體，非常適合用于高功率、耐高溫晶體管。氮化鎵功率放大器技術(shù)的5G通信潛力才剛剛顯現(xiàn)。氮化鎵具有高射頻功率、低直流功耗、小尺寸及高可靠性等優(yōu)勢，讓設(shè)備制造商能夠減小基站體積。反過來，這又有助于減少5G基站信號塔上安裝的天線陣列系統(tǒng)的重量，因此可以降低安裝成本。另外，氮化鎵還能在各種毫米波頻率上，輕松支持高吞吐量和寬帶寬。

氮化鎵技術(shù)最適合實現(xiàn)高有效等向輻射基站功率（EIRP），如下圖所示。美國聯(lián)邦通信委員會定義了非常高的EIRP限值，規(guī)定對于28GHz和39GHz頻帶，每100MHz帶寬需要達到75dBm功率。因此帶來了哪些挑戰(zhàn)？相關(guān)設(shè)備的搭建既要滿足這些目標(biāo)，又要將成本、尺寸、重量和功率等保持在移動網(wǎng)絡(luò)運營商的預(yù)算范圍內(nèi)。氮化鎵技術(shù)是關(guān)鍵；相比于其他技術(shù)，氮化鎵技術(shù)在達到以上高EIRP值時，使用的元件更少， 并且輸出功率更高。

半導(dǎo)體技術(shù)與EIRP需求的適應(yīng)性比較

對于高功率基站應(yīng)用，相比于鍺硅（SiGe）或硅（Si）等其他功率放大器技術(shù)，在相同EIRP目標(biāo)值下，氮化鎵技術(shù)的總功率耗散更低，如下圖所示。氮化鎵減少了整體系統(tǒng)的重量和復(fù)雜性，同時還仍保持較低功耗，因此更適合塔上安裝系統(tǒng)的設(shè)計。

氮化鎵減少了基站設(shè)計的復(fù)雜性，降低了成本

氮化鎵技術(shù)的部分重要屬性：

可靠性與結(jié)實性：氮化鎵的功率效率更高，因此降低了熱量輸出。氮化鎵的帶隙寬，能夠耐受更高的工作溫度，因此可以減少緊湊區(qū)域的冷卻需求。由于氮化鎵能夠在塔上應(yīng)用（例如：天線陣列系統(tǒng)）的高溫條件下工作，因此可以不需要冷卻風(fēng)扇，以及/或者可以減少散熱器的體積。歷史上，冷卻風(fēng)扇由于其機械性質(zhì)，一直是造成外場故障的首要原因。大型散熱器不僅硬件本身構(gòu)成重大成本，并且由于重量原因，還可能帶來額外的人力成本。使用氮化鎵可以讓人們不再使用這些高成本的散熱辦法。

低電流消耗：氮化鎵降低了工作成本，產(chǎn)生的熱量也更少。另外，低電流還有助于減少系統(tǒng)功耗和降低電源需求。再者，由于功耗降低，服務(wù)提供商也減少了運營支出。

功率能力：相比于其他半導(dǎo)體技術(shù)，氮化鎵設(shè)備提供更高的輸出功率。市場的發(fā)展趨勢以及對于基站高功率輸出的需求，更加有利于氮化鎵技術(shù)的發(fā)展。

頻率帶寬：氮化鎵擁有高阻抗和低柵極電容，能夠?qū)崿F(xiàn)更大的工作帶寬和更高的數(shù)據(jù)傳輸速度。另外，氮化鎵技術(shù)還在3GHz以上擁有良好的射頻性能，其他技術(shù)（例如：硅）在這個頻率范圍的性能卻不佳。今天氮化鎵模塊和功率放大器提供的寬帶性能，能夠支持5G前所未有的帶寬需求。

集成：5G需要體積更小的解決方案，這促使供應(yīng)商將大規(guī)模、包含多個技術(shù)的離散式射頻前端，替換成單體式全面集成解決方案。氮化鎵制造商開始抓住這個潮流，開發(fā)那些能夠?qū)⑹瞻l(fā)鏈條整合到單一封裝的全面集成解決方案。這進一步減少了系統(tǒng)的體積、重量和上市時間。

#體聲波濾波器技術(shù)#

由于新增頻帶和載波聚合，再加上蜂窩通信必須與許多其他無線標(biāo)準(zhǔn)共存的事實，干涉問題比以往更加嚴重。要減少頻帶與標(biāo)準(zhǔn)之間的干涉，濾波器技術(shù)是關(guān)鍵。

表面聲波濾波器和體聲波濾波器具有占位面積小、性能優(yōu)異、經(jīng)濟適用等優(yōu)勢，在移動設(shè)備濾波器市場上居于主導(dǎo)地位。

體聲波濾波器最適合1GHz至6GHz的頻段，表面聲波濾波器最適合1GHz以下的頻段。因此，體聲波的5G “甜蜜點”是低于7GHz的頻段。

體聲波和表面聲波能夠減少LTE、Wi-Fi、自動通信以及新的7GHz以下5G頻率的干涉，同時又能滿足制造商嚴格的體積和性能標(biāo)準(zhǔn)。

對于智能手機設(shè)計者， 5G的推出對于電池壽命和主板空間又是一個挑戰(zhàn)。隨著每代產(chǎn)品推陳出新，集成的壓力和縮小體積的壓力不斷增加。在較高頻率下工作，意味著功率放大器效率降低，同時天線和線路的損耗增加。另外，5G手機還需要增加射頻開關(guān)，因此帶來更多鏈路預(yù)算損失。（所謂“鏈路預(yù)算”，是指在電信系統(tǒng)中，從發(fā)送器經(jīng)由電纜、走線等直至接收器，在這一過程中產(chǎn)生的所有增益與損失的總和。）

不出意外，從4G到5G，手機里安裝的濾波器數(shù)量急劇增加，如下圖所示。載波聚合是濾波器數(shù)量增加的主要促成因素。隨著全球載波聚合以及手機中標(biāo)準(zhǔn)和頻帶的數(shù)量越來越多，濾波器技術(shù)方興未艾。另外，在載波聚合以及手機性能優(yōu)化需求的驅(qū)使下，濾波器的復(fù)雜性也在增加。

智能手機與集成濾波器技術(shù)

體聲波技術(shù)的一項優(yōu)勢就是散熱，如下圖所示。如前所述，放大器功率的增加導(dǎo)致熱量的增加。如果為補償系統(tǒng)功率損耗或信號范圍問題而增加放大器的功率，則發(fā)送濾波器產(chǎn)生的熱量也將增加。該熱量對濾波器的性能和工作壽命都有不利影響，并且會在衰減區(qū)域和傳輸頻帶造成頻率偏移。體聲波技術(shù)有助于減輕這一問題，因為SMR體聲波濾波器（BAW-SMR）產(chǎn)生垂直熱通量，有助于將熱量導(dǎo)離設(shè)備。在高頻率下，反射器層變得更薄，這更加有助于體聲波諧振器的散熱。

SMR BAW濾波器功率處置方式

#射頻技術(shù)、封裝及設(shè)計# 射頻前端由多個半導(dǎo)體技術(shù)設(shè)備組成。眾多的5G應(yīng)用需要五花八門的處理技術(shù)、設(shè)計技巧、集成辦法和封裝辦法，以滿足各個獨特用例的需求。 對于5G的7GHz以下頻段，相應(yīng)的射頻前端解決方案需要創(chuàng)新封裝辦法，例如，提高組件排列的緊湊度；縮短組件之間的導(dǎo)線長度，以盡量減少損耗；采用雙面安裝；劃區(qū)屏蔽；以及使用更高質(zhì)量的表面安裝技術(shù)組件等。 所有5G用例都需要射頻前端技術(shù)。根據(jù)射頻功能、頻帶、功率等級等性能要求，射頻半導(dǎo)體技術(shù)的選擇不盡相同。如下圖所示，每個射頻功能和應(yīng)用分別對應(yīng)多個半導(dǎo)體技術(shù)。

5G射頻通信技術(shù) 這些應(yīng)用需要五花八門的處理技術(shù)、設(shè)計技巧、集成辦法和封裝辦法，以滿足各個獨特用例的特定需求。