5G终端频段和LTE频段下的自干扰问题研究分析.doc
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1、5G终端频段和LTE频段下的自干扰问题研究分析1 引言2017年11月14日工信部发布了5G系统在3 000 MHz5 000 MHz频段(中频段)内的频率使用规划,我国成为国际上率先发布5G系统在中频段内频率使用规划的国家。规划明确了3 300 MHz3 400 MHz(原则上限室内使用)、3 400 MHz3 600 MHz和4 800 MHz5 000 MHz频段作为5G系统的工作频段。此次工信部率先发布的5G系统频率使用规划,将对我国5G系统技术研发、试验和标准等制定以及产业链成熟起到重要的先导作用1。5G终端作为5G业务的关键元素,是未来5G产业的重要价值载体2,其软硬件技术要求(如
2、基带芯片、射频、天线等)均受到5G频段的影响或限制。其中,原LTE频段与5G频段在终端侧并存时造成的自干扰问题是业界讨论的热点。目前业界存在两种网络架构部署方式,即SA(Standalone,独立)架构与NSA(Non-standalone,非独立)架构3。若5G网络按NSA架构部署,则要求终端支持双连接4,5技术,采用双射频同时连接4G与5G网络并进行双收双发,此时射频器件的非线性等因素容易导致终端存在自干扰问题,即上行可能对下行接收产生谐波与互调干扰,造成接收端灵敏度下降2。文章从终端自干扰问题的根源出发,对终端在新5G频段与LTE频段可能造成的自干扰问题进行了详细分析,同时讨论了业界目前
3、关于此问题的不同解决方案及其对终端与网络的要求,最后从运营商角度提出了相关策略建议。2 终端自干扰问题分析2.1 双连接技术5G应用背景本质上,3GPP在R12标准版本中提出的DC(Dual Connectivity,双连接)技术与CA(Carrier AggregaTIon,载波聚合)技术均属LTE多连接技术。CA在MAC(Media Access Control,介质访问控制)层进行聚合,对同步要求较高,双连接技术为了规避MAC层调度过程中的时延和同步要求,数据在PDCP(Packet Data Convergence Protocol,分组数据汇聚协议)层进行分割和合并,然后将用户数据流
4、通过多个基站同时传送给用户。双连接技术标准相对成熟,同时可帮助运营商更快速地在原LTE网络基础上部署5G网络,已成为5G下非独立组网实现互操作6-7方案的关键技术,5G不同组网架构下的互操作方案及对终端技术要求具体如表1所示:表1 互操作方案及对终端技术要求从表1可看出,双连接作为非独立组网下实现互操作方案的关键技术,需终端在硬件上支持双通道射频同时连接LTE与5G NR网络。2.2 终端双连接自干扰根据3GPP对双连接在文献4的定义以及文献8的相关描述,非独立组网下5G终端需支持双收双发机制,同时连接LTE eNB与5G gNB,使用来自两个NB的无线资源。然而支持双连接的终端可能存在自干扰
5、问题。在NSA架构下,要求终端保持双收双发(即在LTE频段和NR频段保持上行双连接),由于射频器件的非线性等因素,上行的双发会带来下行谐波和互调干扰,造成接收端灵敏度下降。(1)谐波干扰理想功率放大器(PA)将信号以一定的放大系数a对输入功率进行放大,实际PA在输入功率较低时能够保证线性的放大,而当输入功率较大时会进入非线性区,从而输出高阶变量。具体如图1所示:图1 PA理想与实际输入输出比较示意图终端在发送频段f0上发射信号,同时若接收频段为nf0(n=2, 3, 。)时,接收机将受到谐波影响,导致接收机灵敏度下降,如图2(a)所示。而谐波对接收端造成的干扰途径分为两种:即PA输出PCB(P
6、rinted Circuit Board,印制电路板)干扰和发射天线输出干扰。(2)互调干扰当两个或多个干扰信号同时加到接收机时,这两个干扰的组合频率可能会恰好等于或接近有用信号频率而顺利通过接收机,这种干扰就称为互调干扰,如图2(b)所示。其中三阶互调最严重。例如二阶互调为f2-f1,三阶互调为2f2-f1、2f1-f2、(a) 谐波干扰 (b) 互调干扰图2 谐波干扰与互调干扰示意图2.3 5G频段自干扰理论分析举例结合国内某运营商现有LTE网络在B1、B3和B5频段上的频率使用范围和工信部目前规划的5G频段(包括n78中的3 400 MHz3 600 MHz和n79中的4 800 MHz
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