5G毫米波无线接入系统标准、挑战、现状

移动传输并始终维持好的通讯质量的能力，此则是透过波束追踪算法的设计来达成，如图8所示。

图8、Beam Tracking Algorithm supporting UE Mobile Transmission

3、阻挡问题

如前文所述，毫米波在户外通讯必须利用大量天线单元所构成的相位天线阵列，形成窄波束传输，以高的阵列增益来克服户外通讯高路径损失与传输耗损。但这种波束形成的窄波束指向性传输最棘手的问题则是阻挡问题，特别是针对3GPP所定义的5G增强型行动宽带(eMBB)应用，主要的应用场景如购物中心、露天广场等人潮拥挤的热点，如图9所示，阻挡问题更是很难避免。5G微信公众平台（ID：angmobile）了解到，作者进一步指出，一旦信号被阻挡，将产生几十dB的信号功率损失，使得传输质量大幅下降，甚至无法继续通讯。因此阻挡问题必须被解决，才能够使5G增强型行动宽带应用在这些场景成为实际可实现的5G应用场景。

图9、3GPP 5G Millimeter Wave eMBB Typical Application Scenarios

4、多用户终端支持

利用大量天线单元所构成的相位天线阵列，形成窄波束指向性传输的另一个棘手问题，是支援多个用户终端的问题。

对于小型基站(Small Cell)而言，同时能够支援越多的用户终端，系统建置成本就越低，因此相位天线阵列必须在热点中支援多个用户终端。

如图10所示工研院针对人口密集、两端都是高楼大厦的典型都会场景：街道峡谷的通道量测结果，在多个不同接收位置接收端的接收功率分布图。

图10、Received Power Profile of mm-Wave Channel Measurement in Street Canyon Scenario

四、工研院毫米波高频无线接取技术的发展

工研院自2014年开始投入5G高频段接取技术的开发， 第一个计划因考虑零件的易取得性， 选择了11GHz频段作为前瞻计划的计划目标。以一年时间完成了从标准制定、系统设计规格设计、系统模拟平台之建置、系统性能浮点数与定点数模拟、系统架构设计、介质进接控制层(MAC)软件之设计与实现、基频单元之设计与实现、射频前端电路之设计与实现、2x8 16天线单元基站端天线阵列和2x2天线单元用户终端天线阵列之设计与实现、系统整合与验证， 完成了台湾第一个以载波聚合技术频宽达250MHz、峰值传输速率可达1Gbps之5G软硬件验证平台，如图11所示。并于2014年12月赴美国德州参加IEEE GlobeCom-2014的国际展示，如图12所示。

图11、ITRI 11GHz 5G HW/SW Verification Platform

图12、ITRI 11GHz 5G HW/SW Verification Platform Demonstrated in IEEE Globecom-2014

2015年配合台湾经济部技术处科发计划，开始执行"38GHz毫米波频段"高频接取技术计划，此计划并获得台湾手机芯片大厂联发科的加入，签署了新台币1000万元的技术授权，同时投入人力与工研院团队共同制订设计规格、并共同开发验证，实现了包括上行/下行、8x8 64天线单元之基站端相位天线阵列、8x4 32天线单元之用户终端相位天线阵列、混合型波束形成架构之射频前端、波束追踪算法设计、峰值传输速率可达1Gbps、支援大于10km/hr移动传输与200米涵盖范围之5G毫米波软硬件验证平台，如图13所示。工研院与联发科并共同于2016年2月赴西班牙巴塞隆纳参加MWC-2016的国际展示，如图14所示。

图13、ITRI 38GHz mm-wave 5G HW/SW Verification Platform

图14、ITRI 38GHz mm-wave 5G HW/SW Verification Platform Demonstrated in MWC-2016

五、结论

原题"5G毫米波无线接入系统"。

本文作者

陈文江：工研院资通所新兴无线应用技术组副组长、M300部门经理、台湾经济部技术处5G科研发展计划高频段接入技术计划的主持人。