發(fā)布者：凱思軟件發(fā)布日期：2024-12-05瀏覽量：
在過去的10年間，智能手機與智能設(shè)備已經(jīng)改變了我們的通信、娛樂和工作方式。每年智能設(shè)備的銷量超過10億部，依托龐大的全球供應(yīng)鏈，該市場現(xiàn)在已經(jīng)成為全球經(jīng)濟的主要支柱。
單一設(shè)備類別的巨大市場價值自然會帶來激烈競爭與銳意創(chuàng)新，并且伴隨著極短的產(chǎn)品生命周期。因此，智能手機用戶往往會對每個新版本的軟硬件有非常高的期望。始終在線的高速連接是眾多現(xiàn)代功能的基石，當(dāng)期望變得如此之高，并且被最新一代5G蜂窩技術(shù)推得更高時，任何連接問題都會讓人懊惱，而且在某些情況下有可能帶來危險。
由于引入了兩個主要頻率范圍——Sub-6 GHz以及24GHz以上的毫米波，5G技術(shù)顯著增加了智能手機設(shè)計的復(fù)雜性。毫米波頻段對蜂窩通信來說是一個全新的頻段，傳統(tǒng)上是用于航空航天或汽車應(yīng)用中的雷達探測。
5G頻段
如圖所示，毫米波對蜂窩通信的主要優(yōu)勢是提供高帶寬與潛在數(shù)據(jù)速率，通常高于1Gbps。劣勢是不足500米的較短距離，而且信號容易受到固體物體的阻塞或反射，因此用于雷達應(yīng)用。短距離限制意味著毫米波頻段通常需要逐條街道進行部署，而且有可能只用于城市中擁堵嚴重、人口密集的區(qū)域，如：市中心街道與體育場。短距離的優(yōu)勢是在相對較短距離內(nèi)實現(xiàn)頻率的重復(fù)利用。
智能手機或設(shè)備層面的設(shè)計挑戰(zhàn)重重：
高頻段毫米波設(shè)計挑戰(zhàn)：5G毫米波天線的電氣規(guī)模非常?。ㄔ诤撩琢考墸移鋵ξ⑿缀巫兓葹槊舾?。除了整體封裝約束以及天線對周圍材料的普遍敏感性，在實現(xiàn)所需的5G天線性能方面還存在一系列挑戰(zhàn)。
5G波束成形與MIMO：在毫米波范圍內(nèi)，5G技術(shù)無法使用單天線單元提供設(shè)備的球形或各向同性覆蓋范圍，因為需要太多的功率來解決信號路徑損耗——在這些頻率下，信號強度會隨距離的增加而迅速下降。解決方案是在連接的兩端同時采用天線陣列，以形成能夠把功率集中到特定方向的波束。通過利用相對振幅與信號相位的變化來分別驅(qū)動陣列的每個部分，則有可能以電氣的方式控制波束指向特定方向，從而可以提供整體各向同性覆蓋范圍。
智能手機的碼本或波束手冊：確保手機內(nèi)部的毫米波陣列提供廣泛的球形覆蓋范圍并非一件容易的事。此類陣列采用集成型“片上天線”技術(shù)，如：高通提供的QTM525，其設(shè)計用于安裝到智能手機的側(cè)面。此類模塊的供應(yīng)商將提供一個“碼本”，這是一種文本文件，列出了可以由陣列單元組合產(chǎn)生的所有波束，其中每個單元都由特定信號振幅和相位驅(qū)動。通過搜索此碼本，可以利用相關(guān)模塊實現(xiàn)最佳覆蓋范圍。
單獨測量以及在用戶設(shè)備中測量5G毫米波片上天線性能非常耗時，因為評估完整的球形覆蓋范圍需要運行大量的測試。更快速、更低成本的解決方案是采用電磁仿真。盡管在模型復(fù)雜性和所需的仿真數(shù)量方面仍然要求很高，但是現(xiàn)代高性能計算技術(shù)能夠以合理的成本提供可控制的運行時間。
為了生成有意義的覆蓋范圍或功率密度指標，必須處理測量或仿真生成的大量數(shù)據(jù)。仿真數(shù)據(jù)可以進行自動后處理，以便以最少的用戶工作量或干預(yù)生成所需結(jié)果。這種類型的自動化對于OEM廠商非常有價值，因為每個手動步驟都會由于需要運行大量的仿真和考慮眾多的手機型號數(shù)量而成倍增加。
