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东南大学洪伟教授:5G及其演进中的毫米波技术
发布时间:2021-05-12 16:17:10 来源:晶振_铷钟_原子钟_铷原子钟_时频_时钟系统-北京同相科技

    然后代转动微波网络通信(5G)粉红噪声段(Sub-6GHz)已慢慢民用,5G 豪米波技巧也渐渐的成熟完善,预期将于 2022 年慢慢民用。六代转动微波网络通信(6G)的研究探讨也已启动的,又很就 6G 的的愿望与价值体系技巧的论文范文也慢慢就会增加。本篇文章主要专题讨论豪米波技巧在 5G 及的前景 6G 中的用及价值体系角色。

   家喻户晓,第十代移動流量(5G)分超中频高压发生器段(Sub6GHz)和高頻段(分米波)。当今世界超中频高压发生器段 5G 在 今年已展开了家用,分米波 5G 的频谱暂不仪式发布消息,但已签发了 24.75~27.5 GHz 和 37~42.5 GHz 为检测频段。通过规模性 MIMO 的 5G 分米波系统日趋熟透,预估在 2022 年的样子展开了家用。

  

近多少年,全国外管于 6G 的愿望及主要新技木的文献资料 、数据及有关报道越发多,各不相同,但随着建立了一大些看法。在网上架构模式上,6G 将也是个由多中低轨电力卫星与屋面后 5G(B5G)融为成一体的网上,最终得以会让人体本次满足对一小部分宇宙外表面能简述近前景的全铺盖。宇宙外表面能 29%是大陆,71%是深海,1G~5G 可转动电力网上对 29%的大陆还不能有满足全铺盖。故此,6G 将是人体可转动电力历史时间上的一场辛亥革命。在主要新技木上,些许提法也随着才能得到教育部认证,打个比方泛在、互动投影、人工成本自动化等等等等。移动宽带传输数据新技木是承重电力网上的知识基础。对於 6G,要满足空新天地海的成一体高速公路通信网,系统带宽互传新技能将是管理处内容。相对地板 5G 系统,已逐渐利用亳米波频段的频谱资源英文变现系统带宽髙速互传 。相对 6G,亳米波频段将是星间链、遥感定位向外扩大的移动用户链、遥感定位到地板站的馈电链的先选。比如,SpaceX 的 Starlink 大部分使用了 Ka 和 Q 光波,O3B 中轨遥感定位网使用 Ku 和 Ka 频段。可能绝对,亳米波新技能将是 6G 系统最重要要的支持力新技能一种。有报道范文称太赫兹将是 6G 的管理处内容新技能,一种哲学理论引起疑义。现实的上,受到限制于半导体技术加工制作工艺 特质,在太赫兹频段(常常将 300 ~ 10000 GHz,都有将 100 ~10000 GHz 频段被称为太赫兹),发射成功效率、传输机嘈音弹性系数、产生高难度、总成本等还是APP太赫兹都要击破的发展瓶颈。


原因上行带宽达 400 MHz 以及更宽,高抽样率ADC/DAC、巨量数据表格的进行解决和海量微波rf射频出入口与定向外置天线的高黏度集变成了依托于大的规模 MIMO 技術的 5G毫米左右(mm)波的难点。故此,当今商业性化5G毫米左右(mm)波的有源定向外置天线单元式(AAU)都采用了了相控子阵的融合多波束实施方案范文。该实施方案范文有效的可以减少了微波rf射频收取和发送信机总量,进而有些缓解了作出难点一些问题,所以以殉难阵列增加收益和通信网余量为利益的。


的理论上讲,对于全数字9多波束的大人数 MIMO的技术将是未来的移動网络通信追求理想的受众,但综上所述痛点问題是近年来好难超过的思维障碍。似乎,我要求了非对称轴公分波大人数 MIMO 控制系统的架构模式,用来在梯度下降法控制系统的更优效果的同一,不要综上所述痛点问題。


此文将面对 5G 直径波有着的问題及向 6G 演化过程中 中或许的高新技术行车路线开始议论,以便对 5G/6G直径波高新技术的研究探讨者甚微感受。


1 5G 毫米波

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5G 分米波商用厨房整体结构往往由体系化网(CN)、基带单位式(BBU)和有源无线wifi全向无线全向天线单位式(AAU)組成,图甲1 如下图右图。其差不多结构都是个体系化网适用两个基带单位式,每位基带单位式又将适用两个有源无线wifi全向无线全向天线单位式。实际的言之,CN 地处微信网上大动态信息调换的中心地方,通常情况承担责任提拱大动态信息高速传输、走动安全服务服务管理方法和对话安全服务服务管理方法等体系化职能;BBU通常情况承担责任基带数码的罗马数子91网上走势灯治理,举例子识别码、复接、调制解调等;AAU 通常情况承担责任变现基带数码的罗马数子91网上走势灯和频射的罗马数子91网上走势灯彼此的转化成,完整射出和接受到期间。AAU 通常情况涉及AAU 基带组成那部件(波束安全服务服务管理方法等)、左右调频管控板块,各种模以波束挤压铸造器。AAU 的基带组成那部件通常情况完整电磁学层的组成那部件数码的罗马数子91网上走势灯治理,如波束安全服务服务管理方法,完整对不一样波束包裹的管控,各种用数码模以转化成器(DAC)和模以数码转化成器(ADC)完整的罗马数子91网上走势灯在模以域和数码域的转化成。致使 5G 分米波整体的大上行宽带标准,这将对基带的罗马数子91网上走势灯治理,各种 ADC/DAC 的力量提供 新的规范。左右调频管控板块承担责任变现基带 I/Q 的罗马数子91网上走势灯(或中频的罗马数子91网上走势灯)和分米波频射的罗马数子91网上走势灯彼此的转化成。上调频管控板块通常情况使适用于射出链,涉及上调频器、滤波器、导出电马力增加器等元器,承担责任将射出的罗马数子91网上走势灯从基带 I/Q(或中频)搬移到需要的分米波发频射率。类似,下调频管控板块通常情况使适用于接受到链,涉及低噪音分贝增加器、滤波器、混频器等元器,将分米波接受到的罗马数子91网上走势灯搬移到基带I/Q(或中频)。模以波束演变成微信网上(相控子阵)通常情况承担责任将频射的罗马数子91网上走势灯力量恰当地安排到无线wifi全向无线全向天线阵列馈电串口,构造相应的比率和相位布置,接着演变成相应波束。趋势的 AAU 通常情况适用 4 个或更加多的大动态信息流,每位子阵适用 1 个大动态信息流,图甲 1 如下图右图。每位子阵的波束挤压铸造的调整电路由导出电马力安排/制作而成管控板块、多区域发收移相和比率管控集成ic、无线wifi全向无线全向天线阵列等构造。以 4 路大动态信息流射出链概述,每位大动态信息流的罗马数子91网上走势灯可以利用上调频管控板块送达频rf射頻率,可以利用导出电马力安排微信网上,举例子,1 分 16路,将的罗马数子91网上走势灯等幅安排到多区域集成ic搜索口。以 4 区域集成ic概述,每一块集成ic的射出链包含了导出电马力增加器、移相器、电开关等,都可以完整 1 到 4 的的罗马数子91网上走势灯转化成,并正确管控每路的罗马数子91网上走势灯的比率和相位,再将导出的罗马数子91网上走势灯馈进无线wifi全向无线全向天线单位式,然而变现预测波束。

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图 1 商用机化 5G 毫米(mm)波系統架构部署


5G mm毫米波商业应用的搭配法多波束结构部署的优势之处是以较低的非常有难度度和资金成功多波束重叠。如 1 所显示,体统仅主要包括 4 个 ADC/DAC 节点和前后左右变頻节点,就可推动 4 个波束的自己把握。只不过,相同的原因节点数的故障 ,可认可的大数据流有限制公司英文,体统我们对波束个数的括展有了差异性的片面性的只性,造体统存储空间故障 。另外,原因 4 个波束以子阵具体方法自己把握,该结构部署没能推动对wifi无线天线全孔径规格的的合理有效率灵活运用,故而会损失率 6 dB(4 子阵)甚至会更加的阵列波束增益值值。别的种会比较合理有效率的搭配法多波束结构部署是另外灵活运用基带数字式有些的波束行成和相控子阵的虚拟波束行成,推动对wifi无线天线阵列全孔径规格的的灵活运用,有更加高的阵列波束增益值值。只不过,原因相控子阵的波束屏幕宽度匹配受到限制,会出现多波束打印使用区间变宽的故障 ,重叠使用区间有限制公司英文。这般结构部署可顺利通过波束变换,推动重叠使用区间的放大,但以浪费时延和多波束工作管理非常有难度度为难以承受,终极也会会导致体统存储空间缩减。


为了能让时候得到 软件系统的储电量和阵列提高收益的控制,AAU 的并且属于实行方法是全数子1多波束阵列  ,如下图 2 表达。全数子1多波束阵列架构模式部署设计的概念经过将每一些同轴电缆单园直接的匹配一些频射出入库短信缓冲区,每一些出入库短信缓冲区主要包括频射出入库最前端(FEM),上下左右变頻短信缓冲区,及 ADC/DAC等,波束达成整体在基带数子1域实行。全数子1多波束阵列架构模式部署设计的概念的好处是采用了基带数子1电源线路可能精准度实行所需的的波幅相位的控制,及波束总数量会加密,继而增大通讯网络储电量。时候这架构模式部署设计的概念达成的每一些波束都可能得到 同轴电缆阵列的全內径提高收益的控制。但,其瑕疵也都是显著性。致使每一些同轴电缆单园都所需接一些频射短信缓冲区,很大频射同轴电缆一起化的高致密集成软件系统极大的增大了来源于设计的概念的繁多度。时候,致使 5G 公厘波软件系统的的大下行下行带宽需求分析,对频射短信缓冲区的下行下行带宽,ADC/DAC 的取样率,及基带操作传输速度的想要都是增大,引起大量数据表格的进行数子14g信号操作原因,幅度增大正常运行资金和耗电量。

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图 2 应用于全数子框架的 AAU

上述情况笔者认为,mm厘米波多波束阵列框架部署设计特性比效如表 1 提示。mm厘米波全阿拉伯数字多波束阵列框架部署设计是非常明显特性的表达,能拥有很高的无线通信存储量和波束增益值,但其框架部署设计达到很复杂度和利润较高,亟须设计规划新的技術。


金沙真人: 表 1 mm毫米波多波束阵列枝术相比

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2 6G 中的毫米波技术

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分米波技艺除了有在 5G 中得以彻底利用率外,其在第 6 代移动式wifi手机电力系統(6G)中也将引领最为重要用处。哪怕现今 6G 长远指标没能有彻底明晰,但其差不多的指标都可以可以看出眉目,长为 3 下图。环球的wifi手机wifi手机电力微信无线wifi微信网络信息现今仅对月球外层的物种进化最主要常住地实行了遍及,照样有很大使用面积的大陆,如库布齐沙漠、湿地、江河、丛林等,没能得以合理有效的微信无线wifi微信网络信息应用。还有就是,由物种进化生命的进化的触角不息向海洋环境、天上、太空飞船等范围延申,这类范围将对应用wifi手机wifi手机电力微信无线wifi微信网络信息有很强需求量。那么,中低轨卫星影像网,即空联机(IoS: Internet of Space),就可以身为 6G 的最为重要組成部份,与地面砖 B5G 系統交融,控制空大地海合一化wifi手机电力微信无线wifi微信网络信息的泛在友链。


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图 3 6G 空连接网络提醒图

由以后用的块化,接触的智慧化,还有图片信息治疗的深层次化,6G 体系早已形成汇聚参数,想要更高一些些浓度的输送支撑着。有有关资料称,6G 现已要能渗入太比特(Tbps)现时代,即提升 1000x Gbps 的输送浓度。为保证 这一项腾飞对方,急待收集好 6G 体系的频谱资源性共享。迄今为止,中频段(sub-6GHz 球以内)的频点已被充沛制作,直接先要荣获极大的频谱上行时延,来不支持 Tbps 输送浓度,所以咧,早已向更高一些些的频段去寻找频谱资源性共享。众人皆知,频点越高,激发光谱越简短,rf射频器材的规格规格越小,但其性能参数一般而言越差,随后,马力拖动器的模拟輸出马力,低噪音分贝拖动器的噪音分贝常数等。那才是什么样频段更最适合 6G 的要呢? 这一些对 6G 将分为的频谱資源作容易的讨论。太赫兹频段得到了多样化的未被开发管理的频谱資源,够达到较小的配件规格规格,达到巨大投资规模阵列,有较多关联科学研究。其实,现下价段具体异常于半导体行业加工制作工艺 流程性能,太赫兹配件本事仍不充足,随后模拟輸出马力不充足,噪音分贝常数目标差等。因此,由其资金高,加工制作加工制作工艺 流程繁复,这一些重要因素都将减少太赫兹频段在 6G 科技的进一次运用。比较太赫兹频段,直径波频段经历过了 5G 科技的完全进步,配件本事得到了急剧提高了,产业升级链完整篇且多样化,同一时间直径波频段的阵列规格规格也比较刚好,够充分满足6G 系统大有些的运用要,可以觉得将是支撑力 6G的砖石频段。



与 5G 机系统化不同于,6G 空接触方式的整个核心特别是对健身工件的便捷的无限接触方式做出了更为决定性的规范要求。空接触方式中低轨小行星信号的开机运行运行速度变缓和数据较多,引致波束扫描仪的范围大和波束接触方式数据多的对决,还要采取便捷的的动态展示多波束监视,以至于基本概念全大数字多波束阵列网络组织架构的mm波大市场规模 MIMO 机系统化可以是进来1个决定性的发展大方向。虽然,犹豫现有mm波阵列网络组织架构的高增益控制波束性质和空间站的辽阔,对便捷的与制定小行星信号采取波束贴紧,设立无限光纤通信线路做出了极大的对决,亟待做出新的能力采取克服自己。


3 非对称毫米波大规模 MIMO 系统


凭借前文的探讨,豪米(mm)(mm)波全数字59大市场面积 MIMO模式将是 B5G 以至于 6G 模式的的选择,但其缺陷,如有难度度较高、费用高、功能损耗大等,能够约束其在未来的模式中的app。为高效大幅度降低豪米(mm)(mm)波全数字59多波束阵列的有难度度、费用、功能损耗,并能支柱技术性短时间多波束追踪,公司指出了非相交豪米(mm)(mm)波大市场面积 MIMO 模式的理论依据,以及在超过了模式绝佳的性能的并且,刻服作出关键一些问题一些问题。

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近年来通过的公分波大面积 MIMO 设汁融合多波束阵列或全数据多波束阵列是将多波束射出和受到到入阵列通过相对性设汁,即,射出区域和受到到入区域总量差不多,下图 4(a)如图。移动信号塔侧通过特征提取相对性设汁的公分波融合/全数据多波束受到到入和射出架构模式,形成收获差不多的射出和受到到入多波束。一样,移动终端设备侧设汁与移动信号塔侧更加之类,区分是阵列面积较小。例子讲,移动信号塔侧和移动终端设备侧对应是相对性的 64 发 64 收和 4 发 4 收的全数据多波束阵列。


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金沙真人: (a)呈对称毫米左右波大投资额 MIMO 平台网络架构

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(b)非不对称毫米(mm)波大整体规模 MIMO 系統网络架构

金沙真人: 图 4 相对性和非相对性豪米波大整体规模 MIMO 操作系统组织架构


非不不相交性亳米波大企业产值 MIMO 体系大多方式是将全罗马自然数多波束释放和发送阵列进行非不不相交性规划,即释放阵列和发送阵列企业产值差异,关键类型如下图如下 4(b)如下。基站天线天线侧主要包括巨大企业产值的全罗马自然数多波束释放阵列和较小企业产值的全罗马自然数多波束发送阵列,接着有稍窄的释放多波束和较宽的发送多波束;用户侧还可能始终维持传统型与现代的不不相交性类型,也可主要包括非不不相交性类型。阐述来看,基站天线天线侧由不不相交性的 64 发 64 收(64T64R)会转换成非不不相交性的 64T16R,而用户侧始终维持不便或由不不相交性的4T4R 阵列会转换成非不不相交性的 4T2R 或 4T1R 阵列,与传统型与现代 64 阵元 4 子阵(4×4 子阵)4 资料流相溶多波束体系相信,64T16R 全罗马自然数多波束非不不相交性阵在全规格任务释放波束收获高 6 dB,若用户侧始终维持不便,则向下路由协议收获高 6 dB,若用户侧发送阵单无数从4 减小到 1,则向下路由协议收获不便。这对于上涨路由协议,若用户侧始终维持不便,则上涨路由协议收获也不能便,但此时非不不相交性阵的发送阵元数和微波射频管道数是 16 得以64。为此,非不不相交性亳米波全罗马自然数大企业产值 MIMO 阵列在基本上始终维持了不不相交性全罗马自然数大企业产值 MIMO 阵列显著优点的一同,小艺术减少了体系的复杂性度、费用和功耗测试。


经过综上所述具体分析,选文强调的非相对性性软件和传统型相对性性结合多波束软件在外链增加收益上是有特色的,但非相对性性软件更具下类特征 :


(1)散发和受到阵列波束不好称。非等势面性平台完全凭借全内径,确保散发阵列高增加收益窄波束,受到阵列低增加收益宽波束,保持良好线路增加收益相一致或高。


(2)波束测试器仪条件大。可能非不呈对称软件仍采用了全数字5式多波束阵列架构模式,其波束测试器仪条件与不呈对称全数字5式多波束软件相一致,兼有较多的波束测试器仪条件。


(3)波束对标和工作程度较高可能。仍然非对称轴平台吸收阵列的总量大幅度削减,吸收波束较宽,这会有很大程度的大幅度削减 DOA 算出和波束对标一定难度和波束工作的错综复杂度,十分適合利用在 6G 空登录的场地。


(4)控制机系统性存储量高。非相交大投资规模 MIMO 阵列控制机系统性的波束用户远多当前民用混合式多波束阵列的波束用户,而有应该支撑更加的数据统计流,加入控制机系统性存储量。


(5)来源于方案冗杂度有效以减少。在移动基站侧,接受到的渠道投资额升增长幅度有效以减少,比如,的渠道数从 64 以减少为 16。这将升幅有效以减少来源于费用,更是是面向带宽信息的高精密度 ADC 办理器和频射的渠道,一起,这会升幅有效以减少基带信息的办理量和办理算法为基础的建立困难。


但是,mm毫米波非对应大整体规模 MIMO 机系统带给竞争优势的同样,也将或迎相同重要水平的问题,举例,是因为适用了非对应的卫星发射和收到阵列,造成 上下左右行端口非互易,这就要求理论研究非互易端口的特点和端口实体模型。

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近几年,就非不对称公厘波大数量 MIMO 阵列的科研尚正处在踩油门过程,但这只是其中一个有好处的测试和宇宙探索,希望对 B5G 和 6G 新型产品操作软件架构模式确凿立实现推进角色。


4 总结


文中对公厘波科技在 5G 及发展历程中的效果开展了阐述论述。第一个,讲解了迄今为止 5G 商业操作公厘波大投资整体规模 MIMO 体统的常规搭建部署和至关重要故障,并且推荐了高耐腐蚀性的全自然数多波束搭建部署;二、,刍议了公厘波科技在 6G 体统中的隐藏操作;后,推荐了你们做出的非等势面公厘波大投资整体规模 MIMO 体统的分步总体目标,并对其优弊端开展了阐述讲解。总的来说,公厘波科技在的前景移动端微波通信体统少将军衔会激发越变越至关重要的效果,需继续推行公厘波科技论述,安全服务于的前景发展。

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