基于5G 通信技術的移動終端設計

陳國安，邱 炯，陳金利

（三維通信股份有限公司，浙江 杭州 310000）

0 引 言

5G 通信技術作為下一代移動通信技術的重要代表，具有更高的傳輸速率、更低的延遲及更大的連接密度等優勢。將該技術應用于移動終端設計，能夠提高終端通信效率。例如，在移動定位終端中，應用5G 通信技術不但能夠通過衛星信號實現高精度的定位，而且可以為用戶提供更快速、更準確的通信和定位服務，從而滿足用戶基于實時位置的定位需求。

1 5G 通信技術的特點

與傳統的4G 通信技術相比，5G 通信技術具有以下優勢。第一，5G 通信技術的預計峰值傳輸速度提升了20 倍以上，約為20 Gb/s。用戶在應用該技術時，能夠直觀感受到網絡速度的變化。第二，5G通信技術的延遲較低。理論上，其延遲可低至1 ms，適用于對延遲要求較高的移動終端設備。第三，5G基站支持更多數量的設備連接，每平方米能夠連接幾百萬臺設備，有助于實現物聯網“萬物互聯”的目標。第四，5G 通信技術的帶寬更寬。其采用毫米波等更寬的頻譜資源，從而進一步擴大網絡的容量，提升了數據的吞吐量。第五，基于5G 的網絡切片技術能夠為用戶提供定制化的網絡資源，提升網絡連接質量[1]。

2 基于集成5G 通信的移動終端的設計需求

以移動定位終端為例，分析基于5G 通信技術的移動終端設計。

2.1 高性能的處理器與通信模塊

在移動終端設計的過程中，處理器需要具備足夠的計算能力，以應對大量的數據處理、傳輸及位置計算任務。5G 移動定位終端的處理器需要支持高速數據傳輸和復雜的通信協議，能夠處理多任務并行運算，確保網絡連接具有較強的穩定性和可靠性。處理器需要實時處理衛星信號數據，并進行精準的位置計算，以提供準確的定位服務。移動終端應具備較高的數據傳輸速率與低延遲，以滿足用戶對快速下載、上傳及實時通信的需求。因此，通信模塊的設計需求包括對5G 頻段的覆蓋支持、高速數據傳輸的硬件接口設計、對信號質量和穩定性的優化與管理。通信模塊需要與定位系統協同工作，確保定位數據能夠及時傳輸和處理，以實現精準的導航和位置服務。

2.2 高精度的定位芯片和天線設計

定位芯片需要具備高靈敏度和快速定位能力，以應對復雜的環境和條件。芯片應具有高精度的時間基準、高速數據處理和計算能力，并且能夠并行處理多個衛星信號，從而保證定位芯片在復雜的信號環境下穩定工作，提供高精度的定位服務。天線設計需要優化接收信號的效果，減少信號干擾，提升定位的精度和穩定性。此外，需要有效優化接收端口的位置和方向，使用抗干擾材料，以提高天線增益。經過各項優化，保證天線可以穩定接收信號，并且具有高靈敏度，從而有效減少信號干擾，提升定位的精度和可靠性[2]。

2.3 強大的電池續航和電源管理策略

為確保移動終端能夠得到長時間使用，一方面應搭載高容量、小體積、輕重量的電池，以滿足移動終端的輕便性和便攜性；另一方面應優化電源的管理策略，使設備能夠根據使用情況和場景進行優化，最大限度地減少不必要的能耗。

3 移動終端的設計策略

3.1 定位網絡架構

為實現高精度的定位服務，需要充分整合5G通信技術和定位系統的定位網絡架構。5G 通信技術通過毫秒級的控制方式，將定位服務的時延控制在20 ms 以內，從而提升定位服務的即時性和迅速性。在資源配置方面，定位網絡架構需要合理劃分帶寬、容量等資源，以擴大定位網元的覆蓋面，并提高對空間的利用率。移動定位終端應有效利用5G 通信資源，以滿足定位系統的精準定位需求，從而實現資源的最大化利用。在網絡架構設計上，通過一體化的模式可以將通信和定位功能集成一體，實現基站與接口的高效同步，為數據處理和定位控制的實現提供更好的支持。通過這種一體化的設計，移動終端可以更加高效地進行通信和定位服務的交互，提升整體性能。采用多層次融合的架構形式可以彌補固定控制中的不足，根據定位反饋情況提供相應的決策，實現精準預測并調節定位精度，進一步增強移動終端對定位服務器的響應能力，從而提升整體的定位服務質量[3]。

3.2 定位精度控制

針對超密集組網定位要求，移動終端的定位識別需要承受精密控制的考驗。為了在密集網絡覆蓋下實現高精度和穩定性的定位，應深入考量射頻單元的設計和優化。在這一過程中，為有效提高定位的穩定性與準確性，應優化天線設計，選擇合適的信號處理算法，保障接收器具有較高的性能。射頻單元的布局和配置的優化有助于有效減少多徑效應和信號干擾，從而提升定位的可靠性。特別是在高頻或毫米波通信中，利用這些通信方式可以獲取信號的方向和距離信息，實現更精準的定向識別。通過接收器處理和解調高頻或毫米波信號，可以獲得更加精確的定位數據。

在設計過程中，大規模天線技術被視為提高定位精度的關鍵手段。大規模天線系統通過多個天線單元的組合和協同工作，實現更精準的測距和測角功能。結合到達角（Angle Of Arrival，AOA）技術和定位系統，可以實現更可靠的定位精度控制。首先，AOA 技術通過測量信號到達基站的角度，提供較為準確的位置信息。其次，結合定位系統，利用衛星信號進行位置校正，提供更高精度的定位結果。再次，引入坐標體系，設置至少2個基站，可以進一步提升定位的準確性。最后，為綜合校驗5G 定位精度，可以采用上行和下行定位方式。通過基站或移動終端進行定位檢驗，并取上行和下行定位檢測的均值，可以得到更可靠和準確的定位結果。這種綜合校驗的方法可以有效降低誤差，并提升定位的穩定性。在超密集組網定位場景下，通過對射頻單元的優化、大規模天線技術的引入以及綜合校驗方法的應用，可以實現高精度和穩定性的移動終端定位識別，滿足超密集組網的定位要求[4]。

3.3 終端定位引導

終端定位引導的主要設計內容如圖1 所示，其關鍵環節是定位算法。結合5G 網絡和定位的特性，采用多模式定位算法能夠發揮兩者的綜合優勢，提升定位精度。算法設計要充分考慮信號強度、多路徑效應及衛星的幾何分布等因素，并通過數據融合處理確保定位結果更準確、穩定。利用5G 基站的波束形成技術和定位信號，優化定位精度。輔以慣性傳感器等傳感設備，對定位信號進行濾波和校正，進一步增強其精度與穩定性。在移動終端上，地圖接口呈現實時更新的定位信息，并顯示周邊環境和興趣點，便于用戶獲取直觀的導航信息。結合增強現實技術，通過攝像頭實時捕捉并疊加定位數據，提升導航的直觀性和用戶體驗。在5G 通信技術和定位技術的支持下，通過語音指令和手勢識別等交互方式簡化定位功能的使用過程。智能推薦算法根據用戶位置和偏好，提供個性化的導航建議，改善用戶體驗[5]。

圖1 終端定位引導的主要設計內容

3.4 定位接口模塊

在設計定位接口模塊時，需要確保其功能具有完備性，與其他系統或設備兼容。為確保與現有系統和設備的兼容性，需要設計符合標準的接口協議。這一協議設計需要充分考慮5G 通信技術和定位的特點，并確定定位數據的傳輸方式、數據包結構以及傳輸速率等因素。通過合理的協議設計，提高數據傳輸的效率和穩定性，從而實現可靠的定位功能。此外，定位接口模塊能夠滿足多種數據類型的傳輸和處理。例如，能夠有效處理定位數據、5G 基站定位數據以及慣性傳感器數據等不同類型的數據。首先，為實現統一的數據處理流程，需要將這些數據按照規定的格式進行封裝和傳輸。其次，設置數據的加密模塊和解密模塊，以確保數據傳輸的安全性。再次，處理和解析接收到的定位數據，提取出有用的位置信息，并進行篩選和校驗。最后，應對位置信息進行驗證，及時糾錯，維持定位信息的高精度特征。為實現這些功能，可以采用適當的算法和技術，如數據濾波、錯誤校正等。

在實際的硬件設計中，需要根據定位模塊的規格來設計波特率、數據位及奇偶校驗位等串口參數，以確保與定位模塊的通信能夠匹配。為了節省能源，可以設計串口管理模塊，以便在位置數據讀取結束后能夠關閉串口，從而達到良好的節能效果。為了監測串口設備的運行狀態，移動終端需要增加相應的功能來監測串口的工作情況。特別是定位模塊串口在5G 通信中的3 種狀態，即監聽狀態、連接狀態及語音連接狀態，可以采用線程機制進行處理。通過啟動相應的線程來監測串口的狀態，可以及時響應數據傳輸和網絡通信的變化，從而保證系統的穩定性和可靠性。

4 結 論

文章針對移動終端設計集成5G 通信技術的需求進行了研究，并提出了高性能處理器與通信模塊、高精度的定位芯片和天線設計、強大的電池續航和電源管理策略等設計需求，探討了定位網絡架構、定位精度控制、終端定位引導及定位接口模塊等移動終端設計策略。這些研究成果為移動終端的設計和應用提供了有益的指導和參考，有助于提升移動終端的性能和用戶體驗。未來可以進一步深入研究和探索移動終端設計中其他關鍵技術的應用和優化方法。