5G-A与Wi-Fi 7的空口融合频谱共享：多频段天线设计与终端集成挑战解析

发布时间：2026-06-09 10:41:00

来源：RF技术社区 (https://rf.eefocus.com)

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第五代移动通信演进版本与新一代无线局域网的空口融合已成为提升频谱利用效率的重要技术方向。两类系统原本工作在各自划分的频段，但随着非授权频谱在移动通信标准中的引入以及无线局域网向更高频段的扩展，二者在五吉赫兹、六吉赫兹乃至六十吉赫兹频段上形成了重叠的可用频谱池。频谱共享机制的建立允许5G演进系统与无线局域网设备在同一频率资源上共存并协调传输，从而缓解频谱稀缺压力。然而空口融合在实际部署中面临多频段天线设计的物理约束以及终端集成的工程难题。两类系统的波形参数、信道接入机制以及发射功率谱密度要求存在差异，导致终端天线需要在更宽的频率范围内保持稳定的辐射性能，同时满足不同系统的隔离度要求。从基站与接入点的协同调度到手机终端的共口径天线布局，频谱共享的每一个环节都依赖射频前端与天线系统的深度重构。

频谱共享的技术基础在于空口协议的融合设计。传统频分方式将不同频段静态分配给两类系统，虽然避免了相互干扰，但无法应对业务流量的动态变化。当无线局域网负载较轻时，其占用的频谱资源处于闲置状态，而同时5G演进系统可能因用户激增面临容量不足。动态频谱共享机制允许蜂窝基站感知当前频段的占用情况，在不干扰既有无线局域网传输的前提下，临时借用空闲资源发送下行数据。这一机制的实现依赖蜂窝基站具备快速频谱侦听和机会性传输调度的能力。空口融合的更高阶段是波形级共存，即两类系统采用兼容的帧结构和多址方式，使得同一频段上的传输可以在时间上严格对齐，消除收发转换的保护开销。当前标准化进程中，5G演进系统已定义适用于非授权频谱的信道接入过程，其退避机制与无线局域网的信道竞争协议在行为上趋于一致。但需要指出的是，两类系统的前导码结构和自动增益控制策略仍存在差异，导致共存场景下的接收端灵敏度下降问题尚未完全解决。

多频段天线设计是频谱共享终端面临的首要物理挑战。一部终端设备需要同时支持5G演进系统的授权频段与非授权频段，以及无线局域网在二点四吉赫兹、五吉赫兹和六吉赫兹等多个频段的接入。传统设计为每个频段分配独立的天线辐射体，在多输入多输出需求的驱动下，终端内部的天线数量已接近物理布局的上限。频谱共享并不要求增加新的频段，而是要求天线能够覆盖更宽的连续频率范围，同时在每个工作频段上保持足够的效率和隔离度。宽频带天线的实现通常采用多模谐振结构或多枝节加载方法，这些技术在低频段容易实现，但扩展到六吉赫兹以上时，天线辐射体本身的损耗以及匹配网络的寄生效应显著增加。另一个技术路径是采用可调谐天线，通过开关或变容二极管改变天线的电长度，使其在不同频段间切换工作状态。可调谐方案的优点在于每个工作状态下天线的效率可以单独优化，缺点是开关器件的非线性会产生额外的互调产物，可能落入接收频带造成灵敏度劣化。

终端集成挑战还体现在多系统共存下的互扰抑制。当5G演进系统与无线局域网同时工作在同一终端内部时，两者发射通道之间的隔离度不足会导致发射信号倒灌进入对方接收机，产生接收阻塞或杂散响应。隔离度要求与终端内部天线布局密切相关，共口径天线设计虽然节省空间，但相邻天线间的空间隔离度通常只有十分贝到十五分贝，远不足以抑制发射功率带来的干扰。增加天线间距或引入去耦合网络可以提升隔离度，但受限于终端尺寸。频域隔离方案利用两类系统工作在不同信道的特性，通过滤波器在接收端抑制对方的发射泄漏。但频谱共享的核心在于使用相同的频段，此时频域滤波无法提供有效隔离，必须依赖时域协调。终端内部的时间同步机制使得5G演进系统的发射时隙与无线局域网的发射时隙错开，两类系统分时使用同一组天线资源，从根本上避免同时收发带来的互扰。这一方案要求终端的射频前端能够快速切换连接状态，并在纳秒级时间内完成收发模式转换。

频谱共享系统中的天线设计还需考虑人体和环境的影响。终端天线在手持模式下，手掌和头部的加载效应会改变天线的输入阻抗和辐射方向图，导致实际工作频率发生偏移。对于宽频带天线而言，人体加载造成的影响通常在可接受范围内，但可调谐天线依靠精确的阻抗匹配来实现频段切换，人体效应可能使天线的谐振频率偏离预设值，造成某一频段的效率急剧下降。在频谱共享场景下，终端可能在极短时间内切换工作频段，天线调谐状态也需要同步切换。若调谐算法基于自由空间条件预设，未考虑人体加载时的实际阻抗变化，则切换后的频段可能无法满足发射功率和接收灵敏度的要求。因此终端集成需要引入自适应调谐机制，通过检测天线的反射系数或接收信号强度指示，实时调整调谐器件的偏置状态，使天线在不同使用场景下均能收敛到最佳工作点。这种闭环调谐的控制回路延迟必须小于信道接入的竞争时隙长度，否则会破坏频谱共享的时效性。

频谱共享终端的测试认证也面临新的挑战。传统认证流程分别考核蜂窝终端和无线局域网终端在各自频段上的射频指标，两类系统的同时工作性能通常不在测试范围内。频谱共享终端的空口融合特性要求在同一测试用例中同时激励两类系统的发射机，并测量接收机的抗干扰能力。现有测试仪表和暗室环境多数只支持单系统信令连接，缺乏同时产生5G演进系统和无线局域网信号的能力。终端侧的多频段天线性能验证同样需要新方法，传统总辐射功率和总全向灵敏度测试分别在各频段独立进行，未考虑频段间同时工作时的效率折损和互调影响。产业界正在推动空口融合终端测试规范的制定，包括定义典型干扰场景下的接收机灵敏度回退容限，以及多频段天线同时激励下的效率下限标准。这些规范的建立将直接决定频谱共享终端从实验室样机到批量生产的可实施性。在完成测试方法标准化之后，终端厂商还需解决生产环节中的校准问题，由于多频段天线和可调谐器件的个体差异较大，产线校准工序需要覆盖所有可能的频段组合状态，这对校准时间和设备成本提出了更高要求。空口融合频谱共享从标准到落地仍需经历从天线材料、射频架构到测试体系的系统性重构，但这一重构是提升频谱利用效率的必经之路。

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