摘 要 ：5G 被賦予為用戶帶來革命性體驗及使能千行百業數字化轉型的重任，隨著大規模的商用，給傳統制造、能源、交通運輸、醫療、數字娛樂等行業注入了新的活力。5G 毫米波具有頻譜資源豐富、帶寬極大、極低時延、厘米級的高精度定位，是 5G 重點部署的關鍵技術。在這樣一種背景下，文中進行了 5G 毫米波終端的設計，主要介紹該終端的軟、硬件架構設計。該終端通過接入毫米波網絡，向用戶提供超大帶寬的上下行網絡，提供極低時延的網絡體驗，可廣泛應用于無線寬帶入戶、工業互聯網等場景，具有較廣闊的商業應用前景。

0 引 言

5G毫米波具有頻譜資源豐富、帶寬極大、極低時延、厘米級高精度定位等優點，是 5G 重點部署的關鍵技術。基于上述特性展開應用場景的系統研究，能極大推動毫米波在中國市場的商用進程，使得我國在5G毫米波領域也處于世界領先地位，帶動上下游產業，助力實現中國智造。毫米波終端在大帶寬無線入戶、工業互聯網、室內覆蓋等場景均具有廣泛應用，商業前景廣闊，對毫米波終端進行研究，能為5G毫米波商用提供經驗。

1 研究背景

國家層面已開展5G毫米波的研發實驗工作，但尚未發布正式的商用計劃，IMT-2020中國已開始推進相關毫米波測試。全球產業層面，5G毫米波頻譜全球協同分配正在穩步推進，美國已經發布商用版本，日本、韓國等也已開始商用部署，產業鏈基本成熟，3GPP NR Rel-17將進一步增強5G毫米波功能。國內三大運營商基本完成了關鍵技術驗證，正深入研究、拓展毫米波的應用場景，聯通計劃在2022冬奧場館首次商用5G毫米波。華為、中興、愛立信等各大廠商設備已基本成熟，終端層面，海思、高通、展銳等芯片廠家已推出相關毫米波器件，產業鏈基本完備[1-4]。 2 研究內容基于實現大帶寬無線寬帶入戶及5G工業互聯網應用的5G毫米波終端樣機技術研究。

3 系統硬件電路

3.1 系統硬件架構

本文終端采用NXP LS1043高性能CPU搭載高通X55套片方案，實現終端設備高速接入5G毫米波網絡，同時支持GE、2.5GE等多個以太網接口，支持多路485/232等工業控制協議接口，方案框圖如圖1所示。

3.2 系統關鍵模塊電路

3.2.1 小系統單元

系統采用NXP工業級CPU LS1043A，內置4核ArmCortex-A53，最高支持1.6 GHz 處理頻率，外置2GB DDR4SDRAM，最高支持1600 Mb/s 速率，支持從NOR FLASH或NAND FLASH啟動，系統框圖如圖2所示。

3.2.2 Modem 及天線單元

Modem采用高通SDX55基帶處理芯片，符合3GPP R15協議標準，支持SA及NSA，毫米波支持N257/N258，最大下行速率可達6.78 Gb/s，最大上行速率達1.45 Gb/s，大功率毫米波天線最大支持64陣列，Peak EIRP 可達45dBm，整體采用M.2接口同CPU對接，方便替換，支持多廠家Modem。Modem 框圖如圖3所示。

3.2.3 系統外部接口單元

終端接口豐富，支持多路1000 M及2500 M以太網接口，支持路由功能，可為多用戶提供高速網絡連接服務，支持RS 232、RS 485等工業控制協議接口，可廣泛應用于多種工業控制場景，支持兩路實體SIM卡和eSIM，可實現自動檢測切換，同時具備多路LED指示燈，可實時顯示電源、5G網絡連接信號質量等。外部接口框圖如圖4所示。

4 系統軟件設計

4.1 軟件邏輯架構

終端軟件主要由管理面、控制面、轉發面組成，數據流向為PC或工業設備通過網口及工業總線到CPU（LS1043A），再到5G Modem，最終接入基站網絡[5-7]。整體邏輯架構及數據流向如圖5所示。

4.2 啟動流程

終端開機流程設計為CPU側uboot啟動后，引導內核、文件系統加載，系統啟動成功后再引導 Modem 啟動，最終CPU和Modem握手成功進行撥號上網，流程如圖6所示。

5 應用場景分析

終端由于接口豐富，同時具備WiFi功能，可廣泛應用于5G工業網關項目，如智慧工廠、政企專網接入、港口碼頭、電力油田以及礦山大型車載設備等，也可用于家庭或企業，通過無線寬帶接入應用，可以實現更加精準和敏捷的網絡部署，實現業務快速發展。相比FTTH建設，該設計能顯著降低部署成本，快速推出服務，從而降低運營成本[8-9]。典型應用場景示意如圖7所示。

6 結 語

隨著5G網絡建設的加速推進和完善，5G技術在各行業被廣泛應用，各類5G終端也日益豐富。雖然國內暫未發放商用5G毫米波頻譜，但國家層面已在開展5G毫米波的相關研究，產業鏈也日趨成熟。毫米波豐富的頻譜特性，決定了其必定是未來大容量通信的關鍵技術 [10]。

審核編輯 ：李倩