基于5G 通信技术的移动终端设计

陈国安，邱 炯，陈金利

（三维通信股份有限公司，浙江 杭州 310000）

0 引 言

5G 通信技术作为下一代移动通信技术的重要代表，具有更高的传输速率、更低的延迟及更大的连接密度等优势。将该技术应用于移动终端设计，能够提高终端通信效率。例如，在移动定位终端中，应用5G 通信技术不但能够通过卫星信号实现高精度的定位，而且可以为用户提供更快速、更准确的通信和定位服务，从而满足用户基于实时位置的定位需求。

1 5G 通信技术的特点

与传统的4G 通信技术相比，5G 通信技术具有以下优势。第一，5G 通信技术的预计峰值传输速度提升了20 倍以上，约为20 Gb/s。用户在应用该技术时，能够直观感受到网络速度的变化。第二，5G通信技术的延迟较低。理论上，其延迟可低至1 ms，适用于对延迟要求较高的移动终端设备。第三，5G基站支持更多数量的设备连接，每平方米能够连接几百万台设备，有助于实现物联网“万物互联”的目标。第四，5G 通信技术的带宽更宽。其采用毫米波等更宽的频谱资源，从而进一步扩大网络的容量，提升了数据的吞吐量。第五，基于5G 的网络切片技术能够为用户提供定制化的网络资源，提升网络连接质量[1]。

2 基于集成5G 通信的移动终端的设计需求

以移动定位终端为例，分析基于5G 通信技术的移动终端设计。

2.1 高性能的处理器与通信模块

在移动终端设计的过程中，处理器需要具备足够的计算能力，以应对大量的数据处理、传输及位置计算任务。5G 移动定位终端的处理器需要支持高速数据传输和复杂的通信协议，能够处理多任务并行运算，确保网络连接具有较强的稳定性和可靠性。处理器需要实时处理卫星信号数据，并进行精准的位置计算，以提供准确的定位服务。移动终端应具备较高的数据传输速率与低延迟，以满足用户对快速下载、上传及实时通信的需求。因此，通信模块的设计需求包括对5G 频段的覆盖支持、高速数据传输的硬件接口设计、对信号质量和稳定性的优化与管理。通信模块需要与定位系统协同工作，确保定位数据能够及时传输和处理，以实现精准的导航和位置服务。

2.2 高精度的定位芯片和天线设计

定位芯片需要具备高灵敏度和快速定位能力，以应对复杂的环境和条件。芯片应具有高精度的时间基准、高速数据处理和计算能力，并且能够并行处理多个卫星信号，从而保证定位芯片在复杂的信号环境下稳定工作，提供高精度的定位服务。天线设计需要优化接收信号的效果，减少信号干扰，提升定位的精度和稳定性。此外，需要有效优化接收端口的位置和方向，使用抗干扰材料，以提高天线增益。经过各项优化，保证天线可以稳定接收信号，并且具有高灵敏度，从而有效减少信号干扰，提升定位的精度和可靠性[2]。

2.3 强大的电池续航和电源管理策略

为确保移动终端能够得到长时间使用，一方面应搭载高容量、小体积、轻重量的电池，以满足移动终端的轻便性和便携性；另一方面应优化电源的管理策略，使设备能够根据使用情况和场景进行优化，最大限度地减少不必要的能耗。

3 移动终端的设计策略

3.1 定位网络架构

为实现高精度的定位服务，需要充分整合5G通信技术和定位系统的定位网络架构。5G 通信技术通过毫秒级的控制方式，将定位服务的时延控制在20 ms 以内，从而提升定位服务的即时性和迅速性。在资源配置方面，定位网络架构需要合理划分带宽、容量等资源，以扩大定位网元的覆盖面，并提高对空间的利用率。移动定位终端应有效利用5G 通信资源，以满足定位系统的精准定位需求，从而实现资源的最大化利用。在网络架构设计上，通过一体化的模式可以将通信和定位功能集成一体，实现基站与接口的高效同步，为数据处理和定位控制的实现提供更好的支持。通过这种一体化的设计，移动终端可以更加高效地进行通信和定位服务的交互，提升整体性能。采用多层次融合的架构形式可以弥补固定控制中的不足，根据定位反馈情况提供相应的决策，实现精准预测并调节定位精度，进一步增强移动终端对定位服务器的响应能力，从而提升整体的定位服务质量[3]。

3.2 定位精度控制

针对超密集组网定位要求，移动终端的定位识别需要承受精密控制的考验。为了在密集网络覆盖下实现高精度和稳定性的定位，应深入考量射频单元的设计和优化。在这一过程中，为有效提高定位的稳定性与准确性，应优化天线设计，选择合适的信号处理算法，保障接收器具有较高的性能。射频单元的布局和配置的优化有助于有效减少多径效应和信号干扰，从而提升定位的可靠性。特别是在高频或毫米波通信中，利用这些通信方式可以获取信号的方向和距离信息，实现更精准的定向识别。通过接收器处理和解调高频或毫米波信号，可以获得更加精确的定位数据。

在设计过程中，大规模天线技术被视为提高定位精度的关键手段。大规模天线系统通过多个天线单元的组合和协同工作，实现更精准的测距和测角功能。结合到达角（Angle Of Arrival，AOA）技术和定位系统，可以实现更可靠的定位精度控制。首先，AOA 技术通过测量信号到达基站的角度，提供较为准确的位置信息。其次，结合定位系统，利用卫星信号进行位置校正，提供更高精度的定位结果。再次，引入坐标体系，设置至少2个基站，可以进一步提升定位的准确性。最后，为综合校验5G 定位精度，可以采用上行和下行定位方式。通过基站或移动终端进行定位检验，并取上行和下行定位检测的均值，可以得到更可靠和准确的定位结果。这种综合校验的方法可以有效降低误差，并提升定位的稳定性。在超密集组网定位场景下，通过对射频单元的优化、大规模天线技术的引入以及综合校验方法的应用，可以实现高精度和稳定性的移动终端定位识别，满足超密集组网的定位要求[4]。

3.3 终端定位引导

终端定位引导的主要设计内容如图1 所示，其关键环节是定位算法。结合5G 网络和定位的特性，采用多模式定位算法能够发挥两者的综合优势，提升定位精度。算法设计要充分考虑信号强度、多路径效应及卫星的几何分布等因素，并通过数据融合处理确保定位结果更准确、稳定。利用5G 基站的波束形成技术和定位信号，优化定位精度。辅以惯性传感器等传感设备，对定位信号进行滤波和校正，进一步增强其精度与稳定性。在移动终端上，地图接口呈现实时更新的定位信息，并显示周边环境和兴趣点，便于用户获取直观的导航信息。结合增强现实技术，通过摄像头实时捕捉并叠加定位数据，提升导航的直观性和用户体验。在5G 通信技术和定位技术的支持下，通过语音指令和手势识别等交互方式简化定位功能的使用过程。智能推荐算法根据用户位置和偏好，提供个性化的导航建议，改善用户体验[5]。

图1 终端定位引导的主要设计内容

3.4 定位接口模块

在设计定位接口模块时，需要确保其功能具有完备性，与其他系统或设备兼容。为确保与现有系统和设备的兼容性，需要设计符合标准的接口协议。这一协议设计需要充分考虑5G 通信技术和定位的特点，并确定定位数据的传输方式、数据包结构以及传输速率等因素。通过合理的协议设计，提高数据传输的效率和稳定性，从而实现可靠的定位功能。此外，定位接口模块能够满足多种数据类型的传输和处理。例如，能够有效处理定位数据、5G 基站定位数据以及惯性传感器数据等不同类型的数据。首先，为实现统一的数据处理流程，需要将这些数据按照规定的格式进行封装和传输。其次，设置数据的加密模块和解密模块，以确保数据传输的安全性。再次，处理和解析接收到的定位数据，提取出有用的位置信息，并进行筛选和校验。最后，应对位置信息进行验证，及时纠错，维持定位信息的高精度特征。为实现这些功能，可以采用适当的算法和技术，如数据滤波、错误校正等。

在实际的硬件设计中，需要根据定位模块的规格来设计波特率、数据位及奇偶校验位等串口参数，以确保与定位模块的通信能够匹配。为了节省能源，可以设计串口管理模块，以便在位置数据读取结束后能够关闭串口，从而达到良好的节能效果。为了监测串口设备的运行状态，移动终端需要增加相应的功能来监测串口的工作情况。特别是定位模块串口在5G 通信中的3 种状态，即监听状态、连接状态及语音连接状态，可以采用线程机制进行处理。通过启动相应的线程来监测串口的状态，可以及时响应数据传输和网络通信的变化，从而保证系统的稳定性和可靠性。

4 结 论

文章针对移动终端设计集成5G 通信技术的需求进行了研究，并提出了高性能处理器与通信模块、高精度的定位芯片和天线设计、强大的电池续航和电源管理策略等设计需求，探讨了定位网络架构、定位精度控制、终端定位引导及定位接口模块等移动终端设计策略。这些研究成果为移动终端的设计和应用提供了有益的指导和参考，有助于提升移动终端的性能和用户体验。未来可以进一步深入研究和探索移动终端设计中其他关键技术的应用和优化方法。