作者： Thomas Cameron ADI半導體通訊事業群技術長

第五代行動通訊的頻譜將可能于高頻段運作，但訊號在高頻段時，會受到大氣衰減、阻隔和反射等影響，因此目前業界已積極研發波束成形技術、多重輸入多重輸出技術等，以及新的射頻組件等，以減少高頻訊號衰減的挑戰。

隨著5G的崛起，作為一名射頻工程師，這真是一個令人感到興奮的時刻。5G是下一代的無線通信系統，對工程界而言，當踏上這條通往5G的路時，也帶來無數機會和挑戰。5G同時代表著行動技術的演化和革命，它可達成由無線生態系統中各成員至今所刊出文件中所設定的各種高層次目標。

5G被廣泛地視為是新一代的無線技術，可以將蜂巢式技術拓展到全新的使用情境、案例和垂直市場。雖然5G一般被視為是一種可提供包括高畫質(HD)和超高畫質(UltraHD)視頻串流等超寬帶服務的技術，但它也可將蜂巢式技術帶進機器的世界。它可對自動駕駛車輛的發展貢獻一已之力，且也可被用來連接到數以百萬計的工業傳感器和大量的穿戴式消費性設備等等。

朝5G進化的途徑包括傳統蜂巢頻帶中4G增強功能的增加，以及將頻率向上延伸到3?6GHz范圍中的新興頻帶。大規模多重輸入多輸出(Massive MIMO)技術擁有產業的動力，并將從最初基于長程演進計劃(LTE)的系統為起點，逐步展開演化，以采用為改善傳輸量、延遲和電池效率而設計的新波形。

妥善控制頻譜　為實現5G通訊系統關鍵
頻譜被認為是手機產業的命脈，但在傳統蜂巢頻帶(6GHz以下)中的頻譜是無法支持未來幾年呈指數般增長的需求。因此，6GHz以上的頻帶目前正在研究之中，要測試頻率分配在6GHz以上進行無線存取部署的可行性。雖然6GHz以下的可用共同全球頻譜是以數百MHz為其數量級，但在20GHz以上的潛在頻譜數量則是數十個GHz。此一頻譜的控制被視為是要實現這種真正互聯世界5G愿景的關鍵。

因此，5G的一個區段可能會在很高的頻率(如毫米波)上運作，且也可能會采用新的、且不會與LTE向后兼容的空中接口技術。在主要產業參與者之間所討論的頻帶包括較高的頻帶，如10GHz、28GHz、32GHz、43GHz、46?50GHz、56?76GHz和81?86GHz。

不過，這些頻帶目前仍處于建議階段，而且在無線電系統定義和標準審議的工作之前，仍有許多關于通道建模的工作有待完成。國際電信聯盟(ITU)最近發表一份5G標準化的計劃，并設下將在2020年發布第一代IMT-2020年規格的目標。

有鑒于5G仍處于起步的階段，在第一套商業系統部署之前，仍有許多關于通道建模、無線電架構定義和最后的芯片組發展等工作須完成。然而，雖然有些趨勢和要求已取得一致意見，但也有待解決的問題，它們都將帶領最終5G系統的發展。

適應性波束成形技術　克服5G傳播挑戰
以下將討論在微波和毫米波頻率上的5G存取系統。在微波頻率實現無線電存取的主要障礙之一是要克服那些不利于傳播(Propagation)的特性。在這些頻率上的無線電傳播將深受大氣衰減、雨、阻隔(建筑、人、葉子)和反射等因素的影響。

微波的點對點連結已部署多年，但這些一般是視線系統(Line of Sight System)。由于它們是固定的，使得連結易于管理，而這樣的系統已在近幾年開始部署，以支持采用高階調變方案的高傳輸量(Throughput)。此項技術將會持續發展下去，并將會利用微波鏈路技術，進入5G存取的領域。

在發展周期的早期，大家認為需要適應性波束成形技術(Adaptive Beamforming)來克服存取系統的傳播挑戰。不像點對點系統，波束成形須要適應使用者和環境，以便將負載傳送給用戶。業界普遍認為，混合式的多重輸入多重輸出系統會在微波和低毫米波頻帶使用，而在V頻帶和E頻帶(其中有充足的帶寬)，系統可能只會采用波束成形來達成所需的傳輸量目標。

圖1是混合波束成形發射器的高階方塊圖。相反方向的運作則可想為是接收器。

圖1　混合波束成形發射器的高階方塊圖

多重輸入多重輸出編碼是在數字的部分執行，伴隨著典型的數字無線電處理。可能會有許多的多重輸入多重輸出路徑會在來自饋入天線系統的數字部分處理；而這些數據串流會饋入天線系統。對每一數據串流而言，數字模擬轉換器(DAC)會在基頻或中頻頻率將訊號轉換成模擬訊號，視所選的架構而定。該訊號在被向上轉換(Upconverted)后，會被分成組成射頻路徑(Constituent RF Path)，以饋入個別的天線。在每一射頻路徑，該訊號會經過處理，以設置增益和相位來形成天線的引出射柱(Beam Out)。