5G高频系统关键技术及设计

经过近一年的研究和推动，5G高频段在各方面都涌现了众多的创新方案，也逐渐明确了一些需求和指标，将这些研究成果通过此书进行了汇总说明，用以引导5G高频产业未来的研究方向。这套书属于专业技术领域，行业性质突出，且目前市场尚无该类专业书籍。通信院校专业技术研究者对本书内容也有学习需求。 

本书系统性地探讨了5G高频标准化、系统设计及产品实现中的关键问题，包括频谱规划与分配、传播特性与建模、物理层关键技术和标准化设计、射频指标定义及标准化、高频组网、基站站型规划及关键架构设计、关键器件研发及设计等多方面的内容。
本书涉及内容系统、全面，对5G高频产业构建中形成的许多研究成果、产业突破以及创新案例进行了详细阐述，是业界现阶段难得的一部既有学术水平，也有很强工程指导意义的著作。对于后续5G高频段应用领域的研究、开发、创新提供了重要参考，可作为科学研究和工程应用领域重点参考的著作之一，也可作为高等院校相关专业的师生的教科书与参考书。

黄宇红，女，中国移动通信有限公司研究院副院长、教授级高级工程师。先后负责了中国移动GSM900/1800双频网络、GPRS、CMNet、IP专网、WLAN、3G、4G TD-LTE相关的技术研究、策略研究、规范制定和试验测试等重大项目的技术工作以及LTE后续演进及5G的新技术研究和标准化工作。现任国际组织NGMN董事会成员，并负责全球TD-LTE发展倡议（GTI）工作。荣获省部级以上奖项20项，其中，2016年参与的“第四代移动通信系统（TD-LTE）关键技术与应用”项目获得由国务院颁发的国家科学技术进步奖特等奖。入选2017年国家百千万人才工程，被授予“有突出贡献中青年专家”荣誉称号。共申请专利136件，拥有授权专利88件。获得2010年全国劳动模范称号，享受国务院政府特殊津贴。

　　刘盛纲，男，中国科学院院士，电子物理学家，美国MIT电磁科学院院士。1955年毕业于南京工学院（现东南大学）无线电工程系并留校任教，1988年至2001年任电子科技大学校长。专著《相对论电子学》是国际上D一部系统论述相对论电子学理论的论著。在电磁慢波结构、电子回旋脉塞（ECRM）、自由电子激光、相对论电子学和相对论等离子体电子学等领域做了大量的原创性工作，为电子科学技术的发展作出了zhuo越的贡献，并获得陈嘉庚信息科学奖和国际K.J.Button奖。2016年9月27日，获得国际红外毫米波太赫兹学会的特别贡献奖。

　　杨光，男，博士，中国移动通信有限公司研究院产业与业务合作部总经理、教授级高级工程师，国家科技重大专项三核心专家和评审专家，长期工作在移动通信领域，全程负责了第四代移动通信系统（TD-LTE）技术研究及产业构建工作，获得国家科学技术进步奖特等奖，数次获得省部级科学技术进步奖，先后牵头承担或参与国家重大专项5项，发表学术论文数十篇，学术专著2部，数十件国际发明专利授权。

　　王大鹏，男，中国移动通信有限公司研究院主任研究员、高级工程师，主要从事2G/3G/4G/5G基站的射频技术研究、射频指标标准化和相关产品开发以及频谱策略和系统兼容性研究工作，获得中国通信标准化协会科学技术奖一等奖和三等奖各一次，获得TD产业联盟优秀论文一次，已授权发明专利19件，其中PCT专利2件。

　　丁海煜，男，中国移动通信有限公司研究院无线与终端研究所所长、高级工程师。长期从事3G（TD-SCDMA）、4G（TD-LTE）、物联网（NB-IoT）、5G等移动通信系统相关研究工作，主持国家宽带无线移动通信科技重大专项“基于用户体验的端到端3G／LTE业务质量评测与分析系统研发”项目，是TD-SCDMA和TD-LTE新技术创新和规模试验等重大项目的主要完成人之一，近年来获得中国通信学会、中国通信标准化协会及中国移动通信集团公司颁发的奖项11余项。在移动通信网络组网和规划、移动通信新技术研究和测试等方面具有丰富的经验。申请专利56件，发表论文43篇。

第 1章 概述 1

1.1 5G的场景与指标需求 3

1.2 5G的高、中、低频协同覆盖需求 4

1.3 5G高频总体发展目标及重点研发方向 6

第 2章 5G频谱规划与分配 9

2.1 高频的定义 9

2.2 全球5G高频规划进展 10

2.2.1 TDD成为高频主流特征 11

2.2.2 ITU WRC-19 1.13议题研究进展和时间规划 11

2.2.3 全球主要经济体高频规划现状 12

2.2.4 我国高频频谱研究进展 13

2.2.5 高频规划和分配所需研究和准备工作 14

2.3 总结与展望 17

参考文献 17

第3章 5G高频传播特性分析与建模 19

3.1 高频信道模型的挑战 20

3.2 高频信道建模方法及进展 21

3.2.1 前期研究工作及标准化进展 21

3.2.2 高频信道建模的分类 22

3.2.3 统计信道建模 23

3.2.4 合信道建模 42

3.3 总结与展望 48

参考文献 49

第4章 5G高频物理层关键技术和标准化设计 51

4.1 高频在移动通信应用中的挑战及关键应对技术 51

4.1.1 挑战一：带宽 52

4.1.2 挑战二：天线 53

4.1.3 挑战三：信道 54

4.1.4 挑战四：器件 54

4.2 5G高频物理层整体系统设计 55

4.2.1 系统参数设计 56

4.2.2 部分带宽设计 58

4.2.3 波束扫描接入设计 59

4.2.4 波束管理设计 64

4.2.5 参考信号设计 69

4.3 总结与展望 81

参考文献 82

第5章 5G高频射频指标定义及标准化 83

5.1 5G高频射频指标面临的挑战 83

5.2 5G高频OTA射频指标3GPP标准化概述 84

5.3 5G高频OTA指标的标准研究进展和预期 86

5.3.1 OTA发射指标 87

5.3.2 OTA接收指标 92

5.4 总结与展望 95

参考文献 96

第6章 5G高频组网研究及标准化 97

6.1 高频组网挑战 97

6.2 5G高频覆盖能力分析 102

6.3 5G高频与中低频协作组网 109

6.3.1 不同协作方式的组网方案 110

6.3.2 非完整链路的工作方式 111

6.4 超密集组网与干扰抑制 111

6.5 高频自回传技术 112

6.6 5G高频移动性优化 114

6.6.1 小区虚拟化 114

6.6.2 C-U分离 114

6.6.3 双连接 115

6.7 高频组网关键技术研究及标准化进展 116

6.8 总结与展望 117

第7章 5G高频基站规划及关键架构设计 119

7.1 5G高频基站产品规划和设计流程 119

7.2 5G高频基站应用场景及设备形态 121

7.3 5G高频系统仿真及整机指标设计 122

7.3.1 面向5G高频系统的系统级仿真评估方法演进 122

7.3.2 系统级仿真基本概念及系统级仿真平台的关键工作流程 123

7.3.3 仿真任务及仿真参数配置 125

7.3.4 仿真结果及分析 129

7.3.5 仿真结论及对整机指标的初步建议 137

7.4 关键架构设计之一：数模混合架构方案设计 138

7.4.1 高频架构方案的选择 138

7.4.2 天线阵列优化方案 140

7.4.3 高频滤波器实现方案 142

7.4.4 天面共用实现方案 145

7.4.5 PA/LNA功能模块集成方案 147

7.4.6 幅相控制单元实现方案 155

7.4.7 数字和模拟中频 161

7.4.8 本振系统实现方案 164

7.4.9 校准方案 169

7.4.10 高频线性化技术 171

7.4.11 高频设备散热 173

7.5 关键架构设计之二：透镜架构方案设计 175

7.5.1 透镜的种类优选分析 175

7.5.2 波束管理方案 177

7.5.3 高频大功率PA的实现挑战 179

7.6 总结与展望 180

参考文献 181

第8章 5G高频基站关键器件研发及设计 183

8.1 高频器件的种类 183

8.2 高频器件国内外技术及产业情况 184

8.2.1 传统化合物技术及产业情况 184

8.2.2 Si（硅）基技术及产业情况 185

8.2.3 GaN技术及产业情况 186

8.2.4 器件（芯片）封装技术及产业情况 188

8.2.5 异质异构集成技术及产业情况 191

8.3 关键器件设计 194

8.3.1 功率放大器（PA）的设计实现 194

8.3.2 低噪声放大器（LNA）的设计实现 196

8.3.3 开关（SW）的设计实现 197

8.3.4 天线的设计实现 197

8.4 总结与展望 199

参考文献 199