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6GHz 5G商用终端预计会同时支持NSA和SA,从2001年

来源:http://www.chenghua543.com 作者:太阳娯乐城登录网址 时间:2019-11-22 22:43

原标题:vivo 5G手机亮相:为何首先瞄准NSA发力?

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从2001年TDS(Rel-4)标准冻结,到第一款0.13um基带芯片推出历经4.5年时间,3.25年后TDS发牌,共计历经7.75年;从2009年TDL(Rel-8)标准冻结,到TDL开启商用历经5年时间;从2018年6月5G Rel-15冻结到2020年全球商用,5G需要至少在2.5年时间内完成标准到商用的推动。

据报道,中国已经公布5G部署的详细计划,并计划在2020年正式商用5G。按照规划,国内将在3.3-3.6GHz以及4.8-5.0GHz上进行5G的初期部署。从5G发展来说,终端将会是制约发展的重要环节,需要提前布局。

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Sub 6GHz 5G商用终端预计会同时支持NSA和SA

如果以2020年全球5G商用时间节点倒推,留给5G终端产业链的时间并不多,商用终端首先支持NSA才是最为现实的举措。

3GPP NSA标准ASN.1已于2018年3月冻结,预计SA标准ASN.1将于2018年9月冻结。目前三星发布了基于固定宽带接入应用的毫米波5G终端解决方案;华为在2018年MWC上发布了支持Sub 6GHz和毫米波的5G CPE。预计CPE产品将在2018年Q4面市,毫米波主要针对美国市场支持NSA架构,Sub 6GHz面向全球市场同时支持NSA和SA架构。

近日, vivo基于NEX平台初步完成了面向商用的5G智能手机软硬件开发,包括架构规划、主板堆叠、射频和天线设计以及优化电池空间等方面的工作,并且在尺寸和外观上达到了可商用级别。vivo的这一版本5G终端支持NSA模式下的LTE和NR双连接。接下来,vivo 5G手机即将进入和网络设备联调测试工作阶段。

根据目前全球芯片和终端的发展情况,预计2019年巴萨MWC展会有智能终端发布,2019年Q2会有商用智能终端面世,Sub 6GHz 5G商用终端预计会同时支持NSA和SA。

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5G终端通信能力受限因素

vivo是国内最早开始5G研发的手机企业之一。2016年,vivo在北京成立了5G研发中心,参与5G核心技术标准的研究,在 3GPP标准化组织的RAN1(物理层), RAN2(高层), RAN4(射频),SA2(核心网), CT1(非接入层)小组均贡献了大量技术输入;2017年,vivo已经成为了3GPP技术贡献最大的手机企业之一;2017年,vivo启动了5G天线和射频关键技术的预研。

5G终端的通信模块主要由基带、通信收发信机、射频前端和天线等组成。基带芯片负责物理层算法、高层协议的处理和多模互操作的实现;通信收发信机负责射频信号和基带信号之间的相互转换;射频前端是射频收发器和天线之间的一系列组件,主要包括功率放大器(PA)、天线开关(Switch)、滤波器(Filter)、双工器(Duplexer和Diplexer)和低噪声放大器(LNA)等,直接影响着终端的信号收发。

在5G手机产品化方面,vivo也与电信运营商以及芯片方案厂商紧密合作,共同推进5G原型机、商用手机的研发进程。

NSA相比SA可同时叠加NR和LTE的峰值速率,理论上NR 100MHz的带宽下,NSA可实现3Gbps的下行峰值速率。由于高通、海思、Intel等芯片厂家支持28GHz至少400MHz的带宽,因此在基带处理上完全可以满足sub 6G的速率需求,基带上不是受限因素。华为MWC上宣称首款5G芯片海思Balong 5G01理论上可实现最高2.3Gbps的下载速率,考虑到5G芯片会首先满足NR下行2Gbps的峰值速率,因此NSA场景下transceiver对LTE峰值速率进行了限制,主要可以通过限制从射频前端进入transceiver的通道数量或者限制LTE的带宽来实现。

vivo公司创始人兼CEO沈炜认为,5G和人工智能技术的结合,将会使得智能手机演进到智慧手机的新阶段。2017年12月,沈炜在国际手机产业领袖峰会上曾经透露,vivo将会在2018年推出5G手机,并参与运营商的5G网络测试;2019年,vivo将会推出5G预商用手机;2020年,配合中国5G网络的规模商用,vivo也将正式推出5G商用手机。

目前国内还没有明确3.5GHz和4.8GHz 5G频段的划分方式,频段的划分将直接影响射频前端和transceiver的设计。若同一家运营商分配到3.5G和4.8G两个频段,终端侧就需要提前布局NR的CA设计,以达到5G终端的峰值速率优势。即使仅分配3.5G频段,考虑到上行受限,终端侧也需要提前布局低频段SUL或CA等上行增强技术,均需对基带、transceiver、射频前端、天线进行提前设计。

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5G终端自干扰问题

手机依然是终端形态规模最大的产业,中国一年销售5亿部手机,整个产业规模的带动依然需要手机,PC和平板也是5G终端非常重要的品类,此外,在5G消费级市场,由于高带宽和低时延的应用,AR和VR也将有一定的市场空间。

在1.8GHz和3.5GHz的NSA网络架构中,由于射频器件的非线性特性,上行双天线同时发射会带来交调和谐波干扰问题,对终端接收机射频指标产生影响,主要体现在MSD指标,而接收机灵敏度下降将导致网络容量和下行覆盖收缩。

相关运营商人士指出,5G终端对射频、功耗的挑战非常大。由于考虑上行流量的增长需求,需5G终端支持上行256QAM,带来基带功耗、锁相环功率放大器的EVM噪声、收发机线性度等新挑战。

如图1所示,在两个频谱发送信号,恰好落入接收通道频谱范围内,形成交调干扰。交调阶数越高交调组合方式越多,阶数越高,表示交调产物的干扰功率越低,干扰问题越小。对于移动通信系统,通常主要考虑二阶、三阶和四阶交调。按照国内频谱分配情况1.8GHz和3.5GHz上行同时发射时可能会产生二阶或四阶交调干扰影响3.5GHz的下行。

同时,终端天线数量受限于频段、手机尺寸、材质、天线布局的限制,在Sub 6GHz商用终端上支持4/8天线的设计难度较大。

图 1 终端交调干扰示意

此外,单载波100MHz带宽对滤波器、数模转换等器件提出了更高要求。

如图2所示,在f1上发送信号经过放大后,由于存在非线性,出现了2f1,3f1等信号分量恰好落入终端接收通道频谱范围造成n次谐波干扰。谐波阶数越高,表示谐波产物的功率越低,自干扰问题越小。按照国内频谱分配情况1.8GHz上行发射产生的二次谐波将会影响3.5GHz的下行接收。

从GSM时代“一模四频”,到LTE时代“六模29频”,近千种CA组合,以及MIMO提升终端传输速率和体验,射频在终端中的价值地位正在大幅提升。

图 2 终端谐波干扰示意

vivo射频总监崔献博士预估,5G时代将出现七模43频。移动通信制式的“四世同堂”将对多模多频下5G移动终端的射频、天线和电池等带来挑战。

目前主要通过TDM上行单天线发射以及调度进行规避二次谐波和交调干扰。同时由于在R15阶段NSA不会采用大功率UE,NSA相比SA上行峰值速率会大大降低,同时上行覆盖相比SA也会至少降低3dB。

多模多频段将使得5G手机内部的电磁兼容环境更为复杂,移动通信频段和WLAN及GPS的共存,手机其他功能模块如LCM,摄像头工作时对接收频段的干扰等,都属于终端自干扰的范畴。随着5G手机基带处理能力的提升和功能的增加,自干扰问题会更恶劣。

5G终端语音解决方案

同时,在Sub 6GHz SA方面,UPLink MIMO支持2路同时发射,因此,相对单路发射的LTE终端,功耗需要更高要求。在NSA方面,LTE和NR同时工作,保证各自上下行的链路,因此,同时发射功耗相对较高,且FDD功耗会比TDD更高一些。5G对终端电池的挑战也是业界重点关注的……

EPS Fallback至VoLTE和VoNR基础版本3GPP标准化将在R15完成。目前工信部第三阶段测试同时要求了2种5G语音承载方式,预计第一批Sub 6GHz 5G智能手机会同时支持EPS Fallback和VoNR。

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但VoNR初期3GPP标准化中并没有进行空口优化工作,再加上5G NR的带宽要远远大于LTE带宽,在传输VoNR小包业务对终端的耗电对终端设计来说是一个很大的挑战。

在5G终端层面,据comobs此前了解,面向国内市场基于Sub 6GHz支持SA+NSA的5G手机将在2019年下半年推出,而基于毫米波的5G手机产业真正成熟与商用预计在2022年之后。

国内运营商需尽早明确5G网络和终端需求

业内人士此前预估,毫米波在5G手机上的实现,初期成本将在支持Sub 6GHz的基础上升10美金左右,未来规模商用将致使成本下降至2美金左右。

国内需尽早明确网络和终端5G终端技术要求,同时建议三家运营商保持相对一致的5G终端技术要求,推进整个5G终端产业链更快的满足国内Sub 6GHz的5G部署。

Qorvo高性能解决方案事业部总经理Roger Hall认为,在中国,毫米波发展形势要比其他地区晚一些,许多基于3.5GHz~4.5GHz的5G应用发展会更快。

“在中国,通信基础设施建设非常完善,光纤在城市、郊区的部署相对美国要好很多。在美国,我们希望家里有高速接入,用毫米波可能成本会低一些,可以很快达到高容量、接入更多的用户,多样的、固定的应用。”

几个月前,在MWCS上,相关运营商人士指出,目前,中国移动没有类似美国用毫米波部署接入网的计划,但相比之下,4G只能承载20个1080P用户,5G单小区可承载1080P用户达到1000个。因此,在北京等密集城区光网络进不去楼宇的情况下,中国移动完全可以用5G完全可以覆盖。

不难看出,5G CPE产品对应中国移动有线宽带发展是有互补的市场空间。CPE产品形态有两种,一种是连接型CPE,一种是融合型CPE。融合型CPE如集成了电视盒子等等功能。

Roger Hall值得玩味的一句话,他只说了前半部分——毫米波的第一代部署在于满足最后一公里的需求。

因此,也不难理解国内产业链为何呼吁尽早重视毫米波的应用场景,规划、发布毫米波频率。在第三阶段试验中,我国也正在进行毫米波的测试。

针对毫米波,业界预计,2022年之后,5G毫米波开始在国内商用,毫米波射频跟天线阵列一定会“融合”,即AiP (Antenna in Package,天线阵列位于芯片的封装内)。

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