【5G之道】第二十二章：频谱与射频特征

灵活的频谱使用：

射频需求和如何定义的需求： 在该频带的同一地理区域内的运营商之间共存； 运营商之间的基站设备需要共站址； 相邻频带和国界上的业务共存； 在同一频带的TDD系统运营商之间的共存是需要跨网同步的，以避免在不同运营商的下行和上行传输之间的干扰； 频带与版本不关联的原则； 频谱分配的聚合。

灵活的携带带宽操作：

频谱灵活性的需求是指要求LTE在频域具有可延伸性；

LTE的频域建立在资源块基础上，每个资源块由12个子载波组成，带有12x15KHz=180KHz总带宽；在一个LTE射频载波上允许从6到最高110个资源块的传输带宽配置；并且可以以180KHz为步长，从介于1.4-20MHz的信道带宽中取值；

规定了6种信道带宽；基站和终端的射频要求的定义只针对这6种信道带宽；

LTE的载波聚合：

带内连续载波聚合，意味着在相同的操作频带内聚集两个或更多的载波；

带内不连续载波聚合，意味着聚合载波之间存在隔离，使载波集不连续；

带间载波聚合，意味着在不同工作频带间进行载波聚合；

终端能力E-UTRA CA配置被定义为工作频带和带宽类别的组合，这里工作频带指终端可以进行载波聚合操作的频带；

带内CA的一个基本参数是信道间距；

非连续频谱的操作：

对于部署不连续的频谱： 如果频段中的全频谱分配咬用单个基站进行操作，基站必须能够在非连续的频谱中运行； 如果要使用比每个频谱片段中可用的更大的传输带宽，则终端和基站都必须能够在该频带内进行带内不连续的载波聚合。

基站在非连续频谱中操作的能力不直接耦合到载波聚合；

使用载波聚合来操作非连续频谱，则基站的射频要求将通常与非频谱的要求基本相同；

对于终端，只要两个载波之间的间隔大于标称信道间隔，假定带内不连续的载波聚合发生；

基站，同时接收后发送的不连续载波还有额外的含义和限制；

多标准无线基站：

要求不同无线接入技术间共享基站设备，需要多RAT基站；

在一个多标准无线基站中MSR，接收端和发射端可以在通用有源射频组件中同时处理采用不同无线接入技术的多个载波；

MSR基站的两个优点： 1、部署中无线接入技术之间的迁移，是可以使用相同基站硬件的； 2、作为MSR基站设计的单个基站可以部署在各种环境，针对支持的每个RAT配置为单RAT操作方式，也可以根据部署场景的要求配置为多RAT操作方式。

MSR基站引入一个-射频带宽，定义为载波集合进行传输和接收的总带宽；

MSR基站的3个频带类别： BC1：UTRA FDD和E-UTRA FDD可以部署的所有配对频带； BC2：除UTRA FDD和E-UTRA FDD外，GSM/EDGE也可以部署的所有配对频带； BC3：UTRA TDD和E-UTRA TDD可以部署的所有非配对频带。 由于不同RAT的载波并非独立的发送和接收，这就需要对被激活的多RAT载波执行部分测试；MSR影响最大的需求是频谱模板，操作频带的无用发射需求；

LTE射频需求的概述：

射频需求定义了一个基站或终端的接收端和发射端的射频特性；

发射端特性：

定义发射自终端和基站的有用信号的射频要求，同时也定义发射载波之外的不可避免的无用发射的射频要求；

以上需求规定分为3部分： 1、输出功率等级需求设定了可允许的最大发射功率、功率等级动态变化以及一些情况下发射端OFF状态的限制； 2、传输信号质量需求定义了传输信号的纯度以及多个发射机通道之间的关系； 3、无用发射需求设定传输载波之外的所有发射的限制，紧密结合监管机构的要求以及其他系统共存的需求。

接收端特性：

三部分规定： 接收有用信号的灵敏度和动态范围需求； 接收端对干扰信号的敏感性定义了接收机对于不同频率偏移的不同类型干扰信号的敏感性； 为接收端定义了无用发射功率。

区域性需求：

射频需求存在区域性差异；

当一个地区对抽样杂散发射有需求时，对于基站，它作为一个可选的要求，以区域进行标识；对于终端，同样的程序是不可行的，因为终端需要在不同地区漫游，因此必须满足使用该频带的区域对该操作绑定的所有地区需求；

通过网络信令传输的频带特定的终端需求：

NS_03、NS_04或NS_06用于特定的有关终端无用发射的FCC要求申请在某些US频带上操作时；

NS_05用于当终端运行在2GHz频带时保护日本的PHS频带；

基站类型：

3GPP中术语： 广域基站、中等范围基站、本地基站、家庭基站；

最大基站功率：中等范围基站为38dBm，本地基站为24 dBm，家庭基站为20 dBm；

家庭基站有一个保护在邻近信道工作的其他系统的附加规定，避免相邻终端被阻止的干扰情况；

频谱模板针对本地和家庭基站设定更低门限，与更低的最大功率等级一致； 与广域基站相比，放松了适用于中等范围和局部区域的共站限制，对应基站松弛的参考灵敏度；

家庭基站对于共站没有限制，采用更严格的无用发射限制来保护家庭基站操作；

对于中等范围、本地和家庭基站，接收机参考灵敏度的限制值会更高（更宽松）；

对于所有中等范围、本地和家庭基站在接收端对干扰信号敏感性的限制门限调整，以考虑更高的接收灵敏度门限和更低的最小耦合损耗；

基站输出功率及动态变化：

基站没有通用的最大输出功率要求；

中等范围基站最大38 dBm，本地基站最大24 dBm，家庭基站最大20 dBm； 基站规定了一个资源单元总功率控制的动态范围；

终端输出功率及动态范围：

终端功率等级定义为QPSK调制的标称组大输出功率；

最大功率降低MPR，定义了针对所有调制方式和分配的资源块数量的特定组合下最大功率等级的允许降低量；

附加最大功率降低A-MPR，应用于一些地区，通常与特定发射端需求。

传输信号质量：

针对终端和基站的信号质量测量是通过EVM和频率误差来定义的；

EVM和频率误差：

EVM是调制信号星座图上的误差测量，取激活子载波上误差向量的平方根，采用调制方案的所有符号；

EVM评估应该在去除循环前缀和均衡后再进行；

终端带内发射：

带内发射是信道带宽内的辐射；限制终端可以再信道带宽内的多少个非分配资源上进行发送；带内发射再去除循环前缀和FFT之后进行测量；

基站时间校准：

基站发射两个或多个发射天线；为了使终端能够正确接收来自多个天线的信号，需要发射端通道之间的最大时间对齐的误差来规定；

无用发射的需求：

发射端的无用发射分为带外OOB发射和杂散发射；

OOB发射，定义为在靠近射频载波的频率上的发射，源于调制过程；

杂散发射，是射频载波外的发射，可以在不影响相关传输信息的情况下被减小；

OOB发射的频率范围被称为OOB域； 杂散发射限值为杂散域；

OOB和杂散域之间的边界：位于距离载波中心2.5倍所需带宽的位置；

实现方面：

时域窗，用来控制频谱发射；

用于放大射频信号的功率放大器PA的非线性特性，可以使用功率回退以提供PA更接近线性的操作，功率回退应保持在最低限度；

基站工作频带的无用辐射限制：

工作频带的无用发射的要求应用于整个基站发射端工作频带，每侧加上额外的10MHz；

操作频带无用发射的大部分被定义在对于较小的信道带宽可以同时在杂散和OOB域的频率范围之内；

在基站载波集合的情况下，UEM（无用辐射模板）要求适用于任何多载波传输，其中UEM将相对于射频带宽的边缘上的载波来定义；

终端频谱辐射模板：

SEM被定义为一个通用模板和一个可用于反映不同地区要求的附加模块集；每个附加的区域模板对应于一个特定的网路信令值NS_x；

相邻信道泄漏比：

OOB发射采用相邻信道泄露比ACLR的需求定义；

ACLR定义了一个在分配的信道带宽内发射的功率与在相邻信道上发射的无用辐射功率之比；有一个相关接收机需求称为相邻信道选择性ACS，定义为接收端对抗相邻信道信号的能力；

ACLR和ACS定义为相邻信道内接收的有用和干扰信号；无用发射在有用信号接收端处泄漏的干扰是通过ACLR来提供的，而有用信号接收端抑制相邻信道上干扰信号的能力是通过ACS来定义的；这两个参数一起决定相邻信道上两个传输之间的总泄漏，该比例称为相邻信道干扰比ACIR；

ACLR和ACS都能够在两个相邻信道带宽不同时定义；

在下行链路中，对于基站和终端之间的共存，终端接收机的性能将成为ACIR的限制因素；

在基站的载波聚合的情况下，ACLR适用于任何多载波传输； 终端的ACLR限制设定假定的UTRA和LTE接收端工作在相邻通道；

杂散发射：

终端杂散发射限值的定义针对SEM覆盖频率范围外的所有频率范围；

由于接收端发射是以传输信号为主导的，因此接收端杂散发射限值只适用于发射机关闭状态下，也适用于发射机为带有单独接收天线连接器的LTE FDD基站的情况；

接收端抗干扰信号的敏感性：

阻塞，对应运行频带之外（带外阻塞）或之内（带内阻塞）接收到强干扰信号的场景，但不毗邻有用信号；

邻道选择性，ACS的情况是一个强烈信号出现在有用信号的相邻信道上，这与相邻的ACLR需求密切相关；相邻的干扰是LTE信号；

窄带阻塞，是相邻的强窄带干扰，此需求的建模针对基站为LTE信号的单一资源块，而对于终端则为一个CW信号；

信道内选择性ICS，是在信道带宽内带有不同接收频率水平的多个接收信号，其中较弱有用信号的性能是在出现较强干扰信号的场景下验证的；

接收机互调，是有两个相邻有用信号的干扰信号，其中干扰源是一个CW和一个LTE信号；

多频带基站：

多频带基站，支持具有单RAT并且具有多个RAT的多频带操作，也称为多频带多标准天线基站MB-MSR；

几种多频段基站实施和部署的情况： 多频段发射机+多频段接收机； 多频段发射机+单频接收机； 单频发射机+多频段接收机。

多频段基站定义新参数： 射频带宽与多标准基站具有相同的定义，但是对于每个频带单独定义； 射频间带宽间隙是两个频带中射频带宽之间的间隙； 总射频带宽是基站支持的全部带宽，以覆盖两个频段中的多个载波。

多频带基站能够在多于两个频带中操作；

对于每个频带也可能需要具有单独的天线连接器、馈线和天线；

虽然天线连接器对于两个频带是分开的，对于发射机和接收器的射频实现对于频带是共同的；

为了在接收机和发射器路径之间提供更好的隔离，可以在实现基站时给接收机和发射机使用单独的天线接收器；

多频带基站的大多数射频要求与单频段保持一致，例外是： 发射机杂散发射、工作频带的无用发射屏蔽、ACLR、发射机互调、阻塞要求、接收机杂散辐射；

中继的射频需求：

中继特定的射频需求： 传输功率，为中继定义了两个功率等级，对于接入链路，1类最大为24dBm，2类最大输出功率30dBm；对于这两类回程链路最大值为24dBm； ACLR，使回程链路提供适当的共存属性，不会使基站上行链路恶化； 工作频带无用发射UEM，接入和回程链路新的UEM限制是根据中继功率等级定义的传输功率级别设置的； 相邻信道选择性，中继回程链路相对的ACS限制被设置为与用于基站中的类似级别； 阻塞要求，回程链路的带内阻塞级别设置为高于终端的带内阻塞级别，也定义了相应较高的有用信号电平；

未经授权的5GHz频带的法规要求：

对于5GHz频带操作，有一系列的区域监管要求，适用于LAA操作；

三种不同类型的监管： 1、发射限制，包括最大发射功率、峰值传导功率、平均PSD、定向天线增益、最大平均EIRP、EIRP密度、EIRP仰角掩模、OOB发射的限制； 2、功能要求，包括要具有特定的TPC、动态频率选择DFS、清除信道评估； 3、操作要求：在几个频率范围内要求将操作限制在室内使用。

就绝对水平、密度和EIRP而言，大多数监管发射限制和传输功率与无用功率有关；

LAA操作的特定基站射频要求：

频带46被划分为4个子带，包括除了5350-5470MHz的5150-5925MHz的完整频带；

射频载波栅格，LTE载波可以放置在预定义的100kHz载波栅格上的任何载波位置上；

基站输出功率，没有为LAA基站设置特定的最大功率限值；

相邻信道泄漏率ACLR，LAA基站的ACLR要求在第一个相邻信道中降低10dB，在第二个相邻信道中再降低5dB；

基站工作频带无用发射限制，引入一种新的频谱掩模，用于在5GHz频带中的操作；

下行链路信道接入，用于下行链路信道接入的LBT机制；

LAA操作中的特定终端射频要求：

LAA特定的射频要求适用于终端： 射频载波栅格，常用的100KHz LTE载波栅格适用于终端，与其他频带一样无任何限制； 相邻信道选择性，定义了对载波聚合的修改要求，干扰信号被缩放到20MHz的较大带宽； 带内阻塞，定义了对载波聚合的修改要求，其中干扰信号被缩放到20MHz较大带宽； 带外阻塞，采用了全频带5GHz射频滤波器，对于高于4GHz的频率，规定阻塞电平降低5dB； 宽带互调，定义了对载波聚合的修改要求，其中干扰信号被缩放到20MHz较大带宽。

有源天线系统的基站的射频要求：

对于具有有源天线系统AAS的基站，发射机和接收机的有源部分可能是天线系统的组成部分，并不总是适合于在天线连接器上使用传统的要求定义；

AAS基站的要求基于通用的AAS基站无线架构，该架构包括收发器单元阵列，其连接到包含无线分配网络的天线阵列的复合天线；

AAS基站的两种类型的要求： 针对单个或一组TAB连接器的每个射频特性定义了传导要求； 辐射的要求在天线系统的远场通过空中定义。

OTA的灵敏度是制造商对一个或多个OTA灵敏度方向声明OSDD的相当详细的声明的要求；

AAS基站的适应性水平的两个替代声明： 如果接收机适应于方向，以便可以重定向接收机目标，则声明包含在指定的目标接收机方向上的目标接收机重定向范围； 如果接收机不适应方向，因此无法重定向接收机目标，该声明由指定的目标接收机方向上的单个灵敏度RoAoA组成，应满足EIS限制。