14、5G数字信号处理与多天线技术解析

5G数字信号处理与多天线技术解析

1 5G数字信号处理基础

1.1 信号接收处理

在5G通信中，接收器会在长度等于符号持续时间的窗口内处理接收到的信号，并丢弃其余部分。若窗口放置正确，接收到的信号除了幅度变化和相移外，与发送的信号完全一致。接收器可通过信道估计技术补偿这些变化，无需额外处理循环前缀。

由于系统使用多个子载波，不过子载波之间不会相互干扰，可独立处理，所以多子载波的存在不影响上述处理方式。

同时，符号间干扰（ISI）对5G参数有约束，符号持续时间T应远大于延迟扩展τ，即$T >> 𝜏$。若延迟扩展大，符号持续时间就得长。

1.2 5G信号处理问题

1.2.1 功耗问题

毫米波接收器的功耗是个问题。接收器的A/D转换器功耗遵循以下经验法则：$Power ∝Speed × Accuracy^2$。其中，A/D转换器的速度取决于数字化速率，即无线电信号的带宽；精度取决于输入信号解析的位数；比例常数取决于底层制造技术。发射机的D/A转换器也有类似关系，但它们更简单，功耗更低。

在毫米波使用的宽带宽下，功耗可能过高。解决方法有两个：
- 限制接收器A/D转换器的位数分辨率，但会增加量化噪声。
- 限制系统使用的A/D和D/A转换器数量。避免每个天线都有自己的A/D或D/A转换器，而是使用模拟技术组合多个天线的输入信号后再数字化。

1.2.2 定时抖动和相位噪声

发射机和接收机的本地振荡器产生的载波信号并非完美正弦波，存在随机定时抖动，且其大小与载波频率大致无关。在高频下会引发两个问题：