射頻通信全鏈路系統(tǒng)設(shè)計 課件 第1章 緒論

射頻通信全鏈路系統(tǒng)設(shè)計馬文建等編著機械工業(yè)出版社第1章緒論第1章緒論學(xué)習(xí)目標(biāo)理解無線通信系統(tǒng)構(gòu)成，掌握發(fā)射機、發(fā)射天線、傳輸信道、接收天線、接收機各部件在無線通信系統(tǒng)中的作用了解無線通信系統(tǒng)典型網(wǎng)絡(luò)，包括移動通信系統(tǒng)、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)、無線局域網(wǎng)、藍牙、超寬帶通信、ZigBee了解無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)，包括多載波聚合、高頻傳輸、高階調(diào)制、大規(guī)模多輸入多輸出、全雙工通信、通信感知一體化了解射頻通信系統(tǒng)發(fā)展趨勢，理解射頻通信系統(tǒng)對寬帶化、數(shù)字化和集成化的應(yīng)用需求第1章緒論知識框架1.1無線通信系統(tǒng)1.1.1基本構(gòu)成1.1.2典型網(wǎng)絡(luò)1.1.3關(guān)鍵技術(shù)1.2射頻通信系統(tǒng)發(fā)展趨勢1.2.1寬帶化1.2.2數(shù)字化1.2.3集成化1.1無線通信系統(tǒng)1.1.1基本構(gòu)成無線射頻通信系統(tǒng)基本上由5個主要部分構(gòu)成，發(fā)射機和接收機合稱為“收發(fā)機”，天線可以同時發(fā)射和接收信號發(fā)射機接收輸入的數(shù)字信息，調(diào)制到特定射頻頻段上，再將射頻信號放大到合適的功率后送至天線端口發(fā)射天線發(fā)射機與傳輸信道之間的媒介，確保射頻信號功率以特定方向通過天線端口發(fā)射出去傳輸信道收發(fā)設(shè)備之間的傳輸媒介，該傳輸媒介通常由空氣或真空、固態(tài)或液態(tài)組成接收天線傳輸信道與接收機之間的媒介，其功能是盡可能多的捕獲通過傳輸信道入射的射頻信號功率，并將這些信號傳送到接收機的輸入端接收機接收來自接收天線的射頻信號，解調(diào)到特定的中頻頻段，提取其中攜帶的信息，還原發(fā)射端輸入的數(shù)字信息1.1無線通信系統(tǒng)1.1.2典型網(wǎng)絡(luò)根據(jù)使用場景的差異，可將無線射頻通信系統(tǒng)分為無線廣域網(wǎng)、無線局域網(wǎng)和無線個域網(wǎng)3個部分無線廣域網(wǎng)(WirelessWideAreaNetwork,WWAN)指能夠覆蓋全國或全球范圍內(nèi)的無線網(wǎng)絡(luò)，提供更大范圍的無線接入，與無線局域網(wǎng)、無線個域網(wǎng)相比，最突出的特征就是覆蓋面積大、移動性能好。典型的無線廣域網(wǎng)包括移動通信系統(tǒng)和全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GlobalNavigationSatelliteSystem,GNSS)。1.1無線通信系統(tǒng)1.1.2典型網(wǎng)絡(luò)無線局域網(wǎng)(WirelessLocalAreaNetwork,WLAN)指能夠覆蓋最大5km范圍內(nèi)的無線網(wǎng)絡(luò)。無線局域網(wǎng)主要用來彌補有線局域網(wǎng)絡(luò)的不足，以達到網(wǎng)絡(luò)延伸的目的，使得無線局域網(wǎng)絡(luò)能利用簡單的存取架構(gòu)讓用戶透過它，實現(xiàn)無網(wǎng)線、無距離限制的通暢網(wǎng)絡(luò)。無線個域網(wǎng)(WirelessPersonalAreaNetwork,WPAN)指為實現(xiàn)活動半徑小、業(yè)務(wù)類型豐富、面向特定群體、無線無縫的連接而提出的新興無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。WPAN所覆蓋的范圍一般在10m半徑以內(nèi)，具有低成本、低功耗、小體積等優(yōu)點1.1無線通信系統(tǒng)1.1.2典型網(wǎng)絡(luò)——移動通信系統(tǒng)縱觀移動通信的發(fā)展歷程，每隔十多年就會出現(xiàn)一套新的通信標(biāo)準(zhǔn)，到目前為止，已經(jīng)發(fā)展到了第5代移動通信。掌握通信標(biāo)準(zhǔn)才能真正理解不同應(yīng)用場景對射頻通信全鏈路系統(tǒng)的設(shè)計需求。第1代(1G)20世紀(jì)80年代初美國貝爾實驗室首次研制出了第1代移動通信系統(tǒng)，它是基于模擬調(diào)制方式，專為語音通話設(shè)計的系統(tǒng)，采用頻率調(diào)制(FrequencyModulation,FM)、頻分雙工(FrequencyDivisionDuplex,FDD)和頻分多址(FrequencyDivisionMultipleAccess,FDMA)技術(shù)，模擬語音信號通過分配給每個用戶的頻道進行信號傳輸。信道帶寬為25或30kHz，載波中心頻率大約為900MHz，最大數(shù)據(jù)速率僅有14.4kbps左右。1G網(wǎng)絡(luò)的典型標(biāo)準(zhǔn)包括美國的AMPS(AdvancedMobilePhoneService)、英國的TACS(TotalAccessCommunicaionsSystem)、日本的NTT(NipponTelephoneandTelegraph)以及歐洲的NMT(NordicMobileTelephone)。由于是模擬系統(tǒng)，不能進行數(shù)據(jù)加密處理，因而具有保密性差、通話質(zhì)量差、不能提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和不能提供自動漫游等缺點。1.1無線通信系統(tǒng)1.1.2典型網(wǎng)絡(luò)——移動通信系統(tǒng)第2代(2G)20世紀(jì)90年代初完成了第2代移動通信系統(tǒng)的商業(yè)化推廣。2G網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了數(shù)字化調(diào)制的突破，相對1G網(wǎng)絡(luò)，數(shù)字加密具有更好的數(shù)據(jù)安全性、更高的頻率效率和系統(tǒng)容量，以及更好的通話質(zhì)量。2G網(wǎng)絡(luò)的典型標(biāo)準(zhǔn)包括歐洲的GSM(GlobalSystemforMobilecommunication)、美國的TDMA(TimeDivisionMultipleAccess)和CDMA(CodeDivisionMultipleAccess)，其中，前兩種是窄帶TDMA標(biāo)準(zhǔn)，且GSM是應(yīng)用最為廣泛的2G技術(shù)；第三種CDMA標(biāo)準(zhǔn)采用擴頻技術(shù)，可以提供更好的音質(zhì)、更低的斷線概率和更好的安全性。除了語音傳輸外，2G網(wǎng)絡(luò)還具有一定的數(shù)據(jù)傳輸能力，比如短消息服務(wù)(ShortMessageService,SMS)，但數(shù)據(jù)速率很低(最高只有9.6kbps)，完全不適合網(wǎng)頁瀏覽和多媒體等應(yīng)用。1.1無線通信系統(tǒng)1.1.2典型網(wǎng)絡(luò)——移動通信系統(tǒng)第3代(3G)20世紀(jì)90年代后期，第3代移動通信系統(tǒng)將傳輸速率提高了一個數(shù)量級，實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。3G網(wǎng)絡(luò)通過提高頻譜效率來增加網(wǎng)絡(luò)容量，實現(xiàn)了高質(zhì)量的圖像和視頻通信。UMTS(UniversalMobileTelecommunicationsSystem)作為完整的3G移動通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，包括歐洲和日本共用研發(fā)的WCDMA(WidebandCDMA)、美國的CDMA2000和中國的TD-SCDMA(TimeDivision-SynchronosCDMA)，分別可提供最大7.2Mbps、3.1Mbps和2.8Mbps的數(shù)據(jù)速率。1.1無線通信系統(tǒng)1.1.2典型網(wǎng)絡(luò)——移動通信系統(tǒng)第4代(4G)21世紀(jì)早期，隨著應(yīng)用場景的發(fā)展，3G已無法滿足人們對通信速率的需求，第4代移動通信標(biāo)準(zhǔn)專注于提供更大系統(tǒng)的吞吐量、更強的移動性以及較低的延遲。為了實現(xiàn)高速移動下100Mbps的峰值速率目標(biāo)，4G引入了OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)多載波和MIMO(MultipleInputMultipleOutput)天線兩大革命性的先進技術(shù)。在4G標(biāo)準(zhǔn)下，美國的WiMAX(WorldInteroperabilityforMicrowaveAccess)和歐洲與中國的LTE(longTermEvolution)兩種模式相互競爭、同時發(fā)展。WiMAX是基于IEEE標(biāo)準(zhǔn)，通過寬帶實現(xiàn)移動化，前身為WALN。而LTE是基于3GPP標(biāo)準(zhǔn)，通過移動通信實現(xiàn)寬帶化，前身為GSM/WCDMA等。綜合來看，WiMAX優(yōu)點在速率，缺點在移動性；LTE優(yōu)點在移動性，缺點在速率。但在實際應(yīng)用中，兩種標(biāo)準(zhǔn)的速率差異用戶體驗并不明顯，而伴隨著移動通信穩(wěn)定性需求的提升，3GPP的LTE基本打敗了IEEE的WiMAX，成為了4G的最終標(biāo)準(zhǔn)，也成了全球運營商的主流選擇。1.1無線通信系統(tǒng)1.1.2典型網(wǎng)絡(luò)——移動通信系統(tǒng)第5代(5G)2018年2月27日，華為在MWC2018大展上發(fā)布了首款3GPP標(biāo)準(zhǔn)5G商用芯片巴龍5G01和5G商用用戶設(shè)備(UserEquipment,UE,也稱為終端)，支持全球主流5G頻段，包括Sub6G(低頻)、mmWave(高頻)，標(biāo)志著移動通信正式進入5G時代。

5G在移動通信領(lǐng)域的變化絕對是革命性的，如果說以前的移動通信只是改變了人們的通信方式和社交方式，5G則是改變了網(wǎng)絡(luò)社會。相比4G，5G具有超高速率、超低時延、超大連接等特點，基于這些特點，映射出5G的三大應(yīng)用場景。1.1無線通信系統(tǒng)1.1.2典型網(wǎng)絡(luò)——移動通信系統(tǒng)第6代(6G)

當(dāng)移動通信的無盡前沿拓展到5G，人們又開始思考6G的樣子。6G是更先進的下一代移動通信系統(tǒng)，其內(nèi)涵將遠超傳統(tǒng)通信范疇。6G如同一張巨大的分布式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，集通信、感知、計算等能力于一體，深度融合物理世界、生物世界和數(shù)字世界，在5G基礎(chǔ)上，6G將跨越人聯(lián)、物聯(lián)，從“萬物互聯(lián)”邁向“萬物智聯(lián)”，把智能帶給每個人、每個家庭、每個企業(yè)，引領(lǐng)新一波創(chuàng)新浪潮。6G移動通信系統(tǒng)將廣泛運用各種新技術(shù)，利用超高速、超可靠連接、原生AI、先進感知技術(shù)來極大改善人類生活。根據(jù)所需的關(guān)鍵技術(shù)，6G主要包括5大應(yīng)用場景。其中，eMBB+、uRLLC+、mMTC+是對5G中定義的應(yīng)用場景的增強及組合，而感知與人工智能(AI)是兩個新場景，將在6G中迎來蓬勃發(fā)展。1.1無線通信系統(tǒng)1.1.2典型網(wǎng)絡(luò)——GNSS全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)泛指所有的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是一個能在地球表面或近地空間的任何地點為適當(dāng)裝備的用戶提供全天候、三維坐標(biāo)和速度以及時間信息的空基無線電定位系統(tǒng)，主要包括美國的GPS(GlobalPositioningSystem)、俄羅斯的Glonass、歐洲的Galileo和中國的北斗(BeiDouNavigationSatelliteSystem,BDS)。GPS是世界上第一個建立并用于導(dǎo)航定位的全球系統(tǒng)，Glonass經(jīng)歷快速復(fù)蘇后已成為全球第二大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，二者目前正處現(xiàn)代化的更新進程中；Galileo是第一個完全民用的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，正在試驗階段；BDS于2020年6月23日完成第59顆“北斗”導(dǎo)航衛(wèi)星升空，標(biāo)志著“北斗”三號全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的完成。預(yù)計在2035年建成的“北斗”四號將建設(shè)一個更智能、更范在、更融合的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，能夠提供目前缺失的室內(nèi)、深海到深空的立體服務(wù)，成為真正的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。1.1無線通信系統(tǒng)1.1.2典型網(wǎng)絡(luò)——無線局域網(wǎng)Wi-Fi是當(dāng)前使用最為典型的無線局域網(wǎng)，它是基于IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)并經(jīng)由IEEEWi-Fi聯(lián)盟批準(zhǔn)的無線局域網(wǎng)設(shè)備。截止目前，Wi-Fi技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了第七代。1.1無線通信系統(tǒng)1.1.2典型網(wǎng)絡(luò)——無線局域網(wǎng)相對于第六代Wi-Fi，第七代Wi-Fi帶來的主要技術(shù)變革點如下：支持最大320MHz帶寬現(xiàn)有的2.4GHz和5GHz頻段免授權(quán)頻譜有限且擁擠，為了實現(xiàn)最大吞吐量不低于30Gbps的目標(biāo)，第七代Wi-Fi將繼續(xù)引入6GHz頻段，并增加新的帶寬模式，包括連續(xù)240MHz，非連續(xù)160+80MHz，連續(xù)320MHz和非連續(xù)160+160MHz。引入更高階的4096QAM調(diào)制技術(shù)為了進一步提升速率，第七代Wi-Fi將引入4096QAM，調(diào)制符號承載12bit。在相同的編碼下，第七代Wi-Fi的4096QAM比第六代Wi-Fi的1024QAM速率提升20%。引入Muti-Link多鏈路機制為實現(xiàn)所有可用頻譜資源的高效利用，采用多鏈路聚合相關(guān)技術(shù)，在2.4GHz、5GHz和6GHz上建立新的頻譜管理、協(xié)調(diào)和傳輸機制，。支持更多數(shù)據(jù)流，MIMO功能增強第七代Wi-Fi的空間流數(shù)從第六代Wi-Fi的8個增加到16個，理論上可以將物理傳輸速率提升兩倍以上。更多的數(shù)據(jù)流將會帶來更強大的特性，即分布式MIMO，16條數(shù)據(jù)流可以不由一個接入點提供，而是由多個接入點同時提供，這意味著多個AP之間需要相互協(xié)同進行工作。1.1無線通信系統(tǒng)1.1.2典型網(wǎng)絡(luò)——藍牙藍牙(Bluetooth)是由愛立信(Ericsson)、諾基亞(Nokia)、東芝(TOShiba)、國際商用機器公司(IBM)和英特爾(Intel)共5家公司于1998年5月聯(lián)合宣布的一種無線個域網(wǎng)技術(shù)，能在短距離固定或移動場景中提供無線網(wǎng)絡(luò)連接，采用IEEE802.15.1協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。

藍牙與IEEE802.11無線局域網(wǎng)一樣，也使用FHSS調(diào)制方式防止其他設(shè)備干擾，允許附近幾個藍牙設(shè)備在相同覆蓋空間中重疊，實現(xiàn)彼此并行通信。數(shù)據(jù)通常以信息報的形式傳輸，吞吐量達到1Mbps。藍牙覆蓋了2400~2483.5MHz，共83.5MHz頻率、79個射頻通道，每個射頻信道帶寬為1MHz，跳頻速率為1600跳/秒，跳躍停留時間為0.625ms。標(biāo)準(zhǔn)藍牙采用高斯頻移鍵控(GaussfrequencyShiftKeying,GFSK)調(diào)制方案，F(xiàn)SK信號的高斯模型產(chǎn)生具有比較窄的功率譜信號，很大程度上降低了功率損耗。藍牙設(shè)備分為三個功率等級，分別是100mW(20dBm)、2.5mW(4dBm)和1mW(0dBm)，對應(yīng)的有效覆蓋范圍為100米、10米和1米。藍牙主要應(yīng)用于大量的小區(qū)域、低速率、低功耗的辦公室或家庭內(nèi)部無線設(shè)備的便攜連接，包括配有藍牙的計算機、電話、耳機、智能家居管理系統(tǒng)等設(shè)備。1.1無線通信系統(tǒng)1.1.2典型網(wǎng)絡(luò)——超寬帶通信超寬帶(UltraWideBand,UWB)技術(shù)是一種無線載波通信技術(shù)，其不采用正弦載波，而是利用納秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)，占用很寬的頻譜范圍。UWB技術(shù)始于20世紀(jì)60年代興起的脈沖通信技術(shù)，其利用頻譜極寬的超寬基帶脈沖進行通信，故又稱為基帶通信技術(shù)、無線載波通信技術(shù)，主要用于軍用雷達、定位和低截獲率/低偵測率的通信系統(tǒng)中。

UWB是以占空比很低的沖擊脈沖作為信息載體的無載波擴譜技術(shù)，通過對具有很陡上升和下降時間的沖擊脈沖進行直接調(diào)制。沖擊脈沖通常采用單周期高斯脈沖，一個信息比特可映射為數(shù)百個這樣的脈沖。1.1無線通信系統(tǒng)1.1.2典型網(wǎng)絡(luò)——超寬帶通信在實際應(yīng)用中，UWB技術(shù)具有發(fā)射信號功率譜密度低、多徑分辨能力強、能提供數(shù)厘米的定位精度等優(yōu)點：低功耗

UWB系統(tǒng)使用一般持續(xù)0.20~1.5ns的間歇脈沖來發(fā)送數(shù)據(jù)，限制傳輸功率為-41.3dBm/MHz，具有很低的占空比，系統(tǒng)耗電很低，在高速通信時系統(tǒng)的耗電量僅為幾百微瓦至幾十毫瓦。UWB設(shè)備在續(xù)航能力和電磁輻射上，與傳統(tǒng)無線通信設(shè)備相比，有著很大的優(yōu)勢。多徑分辨能力強常規(guī)無線通信射頻信號大多為連續(xù)信號或其持續(xù)時間遠大于多徑傳播時間，多徑傳播效應(yīng)限制了通信質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸速率，由于UWB發(fā)射的是持續(xù)時間極短且占空比極小的單周期脈沖，多徑信號在時間上是可分離的。室內(nèi)定位精度高采用沖激脈沖的UWB技術(shù)具有極強的穿透能力，可在室內(nèi)和地下進行精確定位，這是當(dāng)前UWB技術(shù)最為廣泛的一個應(yīng)用場景。與GPS提供絕對地理位置不同，UWB定位技術(shù)可根據(jù)適配的專用定位基站(BaseStation,BS)給出相對位置，其定位精度可達厘米級。1.1無線通信系統(tǒng)1.1.2典型網(wǎng)絡(luò)——ZigBee藍牙和超寬帶提供短程設(shè)備連接和電纜替代方案，前者具有較低數(shù)據(jù)速度，后者提供高數(shù)據(jù)速率。隨著無線個域網(wǎng)WPAN的廣泛應(yīng)用，基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的ZigBee由于其超低功耗和低成本等優(yōu)勢逐漸得到普及，其特點是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率，主要適用于自動控制和遠程控制領(lǐng)域，可以嵌入各類設(shè)備。ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的物理層規(guī)定了三個免執(zhí)照頻段：全球的2.4GHz頻段、北美的915MHz頻段和歐洲的868MHz頻段。2.4GHz頻段使用具有16個信道且最大理論數(shù)據(jù)速率為250kbps的2.4~24835GHz頻段，可在全球范圍內(nèi)使用。915MHz只指北美902~928MHz頻段，包括10個信道，數(shù)據(jù)速率為40kbps。868MHz頻段是指歐洲868~870MHz頻段，只有1個信道，數(shù)據(jù)速率為250kbps。2.4GHz頻段使用QPSK調(diào)制，915MHz和868MHz頻段使用BPSK調(diào)制。相比其他無線個域網(wǎng)WPAN，ZigBee有如下幾項突出的特點：低功耗、低成本、低速率、短延時、高容量。1.1無線通信系統(tǒng)1.1.3關(guān)鍵技術(shù)——多載波聚合為滿足單用戶峰值速率和系統(tǒng)容量提升的要求，增加系統(tǒng)傳輸帶寬是最為直接的方法。LTE-A系統(tǒng)通過引入載波聚合技術(shù)來增加傳輸帶寬，載波聚合技術(shù)能通過多個連續(xù)或者非連續(xù)的分量載波聚合獲取更大的傳輸帶寬，比如說同時使用700MHz、3.4GHz兩個頻段上的頻譜資源，從而獲取更高的峰值速率和吞吐量，后面2.4.1節(jié)會進行相關(guān)介紹。多載波聚合意味著射頻前端需要配合更多的放大器和多工器，且發(fā)射通道上的功率放大器需要重新設(shè)計來滿足線性化的要求，隨著制式的復(fù)雜程度越來越高，射頻前端寬帶化和集成化的解決方案愈加受人青睞。1.1無線通信系統(tǒng)1.1.3關(guān)鍵技術(shù)——高頻傳輸為了沖刺高速，5G使用“全新”的毫米波。無線通信傳統(tǒng)工作頻段主要集中在3GHz以下，這使得頻譜資源十分擁擠，而在高頻段(如毫米波、厘米波頻段)可用頻譜資源豐富，能夠有效緩解頻譜資源緊張的現(xiàn)狀，且高頻段意味著大帶寬，可以實現(xiàn)極高速短距離通信，支持5G和6G移動通信在容量和傳輸速率等方面的需求。足夠量的可用帶寬、小型化的天線和設(shè)備、較高的天線增益是高頻段毫米波通信的主要優(yōu)點，也是未來無線通信的主要發(fā)展趨勢，但高頻通信也存在傳輸距離短、穿透和繞射能力差、器件成本高、容易受氣候環(huán)境影響等缺點，需要在射頻器件和系統(tǒng)設(shè)計等方面進行深入研究。1.1無線通信系統(tǒng)1.1.3關(guān)鍵技術(shù)——高階調(diào)制提高傳輸速率的另一思路是使用更高階的正交幅度調(diào)制(QuadratureAmplitudeModulation,QAM)方式，調(diào)制方式的階數(shù)越高，一個符號對應(yīng)的bit位數(shù)就越多。例如5GNR主要采用的256QAMPDSCH，微波主要采用的1024QAM和4096QAM。不同調(diào)制階數(shù)星座圖1.1無線通信系統(tǒng)1.1.3關(guān)鍵技術(shù)——高階調(diào)制更高階的調(diào)制方式對射頻系統(tǒng)也提出了更高的要求，主要表現(xiàn)為以下兩點：調(diào)制方式的階數(shù)越高，意味著需要更高的接收信噪比(SignaltoNoiseRatio,SNR)，從而限制了高階調(diào)制的通信距離，并對發(fā)射功率、波束指向、接收靈敏度提出了更高的要求。調(diào)制方式的階數(shù)越高，意味著需要更高的發(fā)射調(diào)制精度，也就是更低的誤差矢量精度(ErrorVectorMagnitude,EVM)，比如，64QAM需要將EVM限制在8%以內(nèi)，而256QAM需要將EVM限制在3.5%以內(nèi)，這就對射頻系統(tǒng)的相位噪聲、載波泄露、I/Q幅相不平衡度、通道幅度波動、通道群時延波動、數(shù)字削波、鄰信道抑制比等指標(biāo)提出了更高的需求，后面5.6節(jié)會進行相關(guān)介紹。1.1無線通信系統(tǒng)1.1.3關(guān)鍵技術(shù)——MassiveMIMO(大規(guī)模多輸入多輸出)MassiveMIMO是第五代移動通信中提高系統(tǒng)容量和頻譜利用率的關(guān)鍵技術(shù)。隨著用戶數(shù)量及天線數(shù)量的增加，移動用戶之間的通訊會出現(xiàn)相交現(xiàn)象。通過MassiveMIMO技術(shù)可規(guī)避通信中斷及信號衰落現(xiàn)象，從而減小用戶之間的通訊干擾，提升整體的移動網(wǎng)絡(luò)容量。對于MassiveMIMO的應(yīng)用優(yōu)勢，主要表現(xiàn)為以下幾點：高復(fù)用增益和分集、高能量效率、高空間分辨率。雖然MassiveMIMO作為第五代移動通信的核心技術(shù)之一，但這并不意味著該項技術(shù)已經(jīng)成熟完整，還有很多問題需要進一步研究、改進和解決：射頻通道集成度陣列天線的3D建模與設(shè)計陣列天線的快速校準(zhǔn)1.1無線通信系統(tǒng)1.1.3關(guān)鍵技術(shù)——全雙工通信無線通信業(yè)務(wù)量爆炸增長與頻譜資源短缺之間的外在矛盾，驅(qū)動著無線通信理論與技術(shù)的內(nèi)在變革。提升頻分雙工FDD與時分雙工(TimeDivisionDuplex,TDD)的頻譜效率，并消除其對頻譜資源使用和管理方式的差異性，成為未來移動通信技術(shù)革新的目標(biāo)之一?；谧愿蓴_抑制理論和技術(shù)的同時同頻全雙工(Co-frequencyCo-timeFullDuplex,CCFD)技術(shù)成為實現(xiàn)這一目標(biāo)的潛在解決方案。由于發(fā)射和接收處在同一時間和同一頻率上，造成接收天線的輸入為來自期望信源信號和本地發(fā)射信號的疊加，而后者對于前者屬于極強的干擾。因此，要實現(xiàn)全雙工通信的首要任務(wù)就是解決自干擾抑制，包括天線抑制、射頻域抑制和數(shù)字域抑制。1.1無線通信系統(tǒng)1.1.3關(guān)鍵技術(shù)——通信感知一體化隨著無線通信系統(tǒng)的發(fā)展，更高的頻段(毫米波乃至太赫茲)、更寬的帶寬、更大規(guī)模的天線陣列使得高精度、高分辨感知成為可能，從而可以在一個系統(tǒng)中實現(xiàn)通信感知一體化(IntegratedSensingandCommunication,ISAC)，使通信于感知功能相輔相成。一方面，整個通信網(wǎng)絡(luò)可以作為一個巨大的傳感器，各個網(wǎng)元利用無線電波發(fā)送和接收信號，可以更好地感知和理解物理世界。通過從無線信號中獲取距離、速度、角度等信息，提供高精度定位、動作識別、無源對象檢測和追蹤、成像及環(huán)境重構(gòu)等廣泛的新服務(wù)，實現(xiàn)“網(wǎng)絡(luò)即傳感器”。另一方面，感知所提供的高精度定位、成像和環(huán)境重構(gòu)等能力又有助于提升通信性能，例如波束賦型更準(zhǔn)確、波束失敗恢復(fù)更迅速、終端信道狀態(tài)信息(ChannelStateInformation,CSI)追蹤開銷更低，實現(xiàn)“感知輔助通信”。感知同時也是對物理世界和生物世界進行觀察、采樣，使其連接數(shù)字世界的“新通道”，實現(xiàn)一個平行的“數(shù)字孿生”世界。1.1無線通信系統(tǒng)1.1.3關(guān)鍵技術(shù)——通信感知一體化在實現(xiàn)通信感知一體化演進過程中，也面臨來自多方面、多層次的技術(shù)挑戰(zhàn)：信號處理從功能角度看，一體化信號處理主要涉及自干擾消除、多參數(shù)估計等諸多難題。從優(yōu)先級角度看，一體化信號處理分為以通信為主的一體化設(shè)計、以感知為主的一體化和聯(lián)合加權(quán)設(shè)計3類，如何根據(jù)應(yīng)用環(huán)境實現(xiàn)優(yōu)先級自適應(yīng)則需要進一步探索和研究。系統(tǒng)架構(gòu)通信與感知共享硬件和頻譜是一體化的基礎(chǔ)。硬件共享可以有效降低成本、簡化部署并減少維護問題，使得感知從移動通信網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模效應(yīng)中收益，而頻譜共享相比于各自使用獨立頻譜，頻譜利用更加高效。多元協(xié)同通過多條感知鏈共同協(xié)作完成通信與感知任務(wù)，包括多模式協(xié)同感知、多節(jié)點協(xié)同感知、多頻段協(xié)同感知和多制式協(xié)同感知多個方面，實現(xiàn)對物理環(huán)境的無縫精細感知。1.2射頻通信系統(tǒng)發(fā)展趨勢1.2.1寬帶化移動通信的更新?lián)Q代給射頻前端鏈路帶來了極大的挑戰(zhàn)與機遇，特別是當(dāng)前爆炸式增長的5G時代，主要表現(xiàn)為寬帶化、數(shù)字化和集成化3個方面。發(fā)展需求參考香農(nóng)定律，在高斯白噪聲背景下的連續(xù)信道容量可表示為由香農(nóng)定律可以看出，信道容量，即信道傳輸速率與信道帶寬直接相關(guān)。隨著各種智能終端的普及，移動數(shù)據(jù)流量呈現(xiàn)爆炸式增