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一文帶你瞭解5G NR 產品設計都關注什麼重點

5G商用產品不斷加陳出新,從GSA統計2019年已有129款問世,同時各國也相繼發佈5G頻譜執照,可望帶動龐大5G-NR網路與裝置發展商機;基於此本文將從5G通訊系統與產品射頻設計為出發,探討那些是5G終端產品設計挑戰重點,例如射頻相關設計,如主動式天線陣列、波束成形(Beam Forming)、功耗與路徑損耗、OTA(Over-the-air)測試挑戰。

 

高速/超大容量/廣域覆蓋需求~ 解決方法5G NR頻段直奔毫米波 mmWave

 

有鑒於3GPP定義100倍以上的傳送速率,以及更廣覆蓋範圍的需求,並且預估2020年將會有500億個聯網裝置,此時就需要高達1,000倍的容量,就需仰賴高頻毫米波予以協助。原因在於毫米波可提供非常大的可用頻寬,舉例來說,28GHz頻段本身就有800MHz頻寬,而37~40GHz則是能提供3,000MHz頻寬。只要頻寬越大,傳送速率、容量也就會自動提升,藉此滿足5G高傳送速率、高容量的目標。整體而言,新的頻段將帶來大量頻寬,同時也會伴隨不同的新技術導入,如4G時代有MIMO技術加入,而毫米波則是引進波束成形技術。

 

高頻寬零組件

 

在實際應用中,傳輸系統必須能以將位元中繼資料轉換成毫米波訊號,經由傳輸路徑發射與接收後,將無線訊號中的位元格式重新原封不動取回,整個過程的難度會較以前的技術門檻高更多

 


5G設備挑戰有哪些~

 

挑戰一:功率損耗

 

由於毫米波波長非常短,因此在實際環境中波長接觸到水蒸汽、氧分子會影響到其傳輸。換言之,毫米波從基地台發出的功率,要傳達到手機端,容易被路徑當中的任何東西影響並穿透,同時衰減快速,故能量到達手機端寥寥無幾這就是所謂的損耗問題。

 

挑戰二:樣品天線設計

 

現在的手機內建各種不同無線模組技術,包含藍牙(BT,LE,EDR)、GPS、WiFi (a,b,g,n,ac,ax)、NFC,無線充電技術,加上2G,3G,4G本身聯網的天線,這些基礎的天線數量少說有十支天線以上,然而5G毫米波技術的介入,更是進一步對手機天線數量的界限,故天線擺放的位置及尺寸都非常重要。雖毫米波波常會較短,能塞入的天線數量可較多,但手機終端產品是拿在手上使用,如果天線擺放的地方是手握住的範圍則傳輸的訊號就會變差。

 


最後科普下5G NR 知識點

 

1.    5G NR 同時推出獨立與非獨立操作模式。在非獨立模式中,行動裝置可同時使用 4G 與 5G 網路,並與 LTE eNB 和 5G gNB 同時保持連線。

 

2.    5G NR 使用正交分頻多工 (OFDM) 版本。用於 5G NR下行的特定OFDM版本,是迴圈式前置區段;而 OFDM 也是 LTE 用於下行訊號的相同波形。然而,與 LTE 不同的是,5G NR 在上行中使用基於 CP-OFDM 與 DFT-S-OFDM 的波形。

 

3.    另一個與 LTE 不同的地方是,5G NR 允許變化極大的子載波間距 SCS (15K,30K,60KHz)。

 

4.    LTE 子載波間距幾乎都落在 15 kHz,但 5G NR 卻能給予較多彈性,讓子載波間距訂為15 kHz x 2n。在 5G NR,可允許的最大子載波間距為240 kHz,並保留給使用400 MHz載波頻寬的情況使用。

 

5.    從頻譜的特性而言多數的運營商會擁有低、中、高頻段三層組網,低頻段700MHz做覆蓋層,2.5GHz做容量層,毫米波做高容量層(熱點)。


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