面向5G通信的射頻關(guān)鍵技術(shù)探討

俞森吉

摘 要：隨著移動(dòng)通信行業(yè)的不斷發(fā)展，移動(dòng)數(shù)據(jù)流量持續(xù)增加，各種應(yīng)用場(chǎng)景的不斷涌現(xiàn)以及大量設(shè)備的連接，使得移動(dòng)通信技術(shù)不斷發(fā)展，5G 技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，5G 技術(shù)還處于探索和研發(fā)階段，雖然5G通信是未來(lái)通信行業(yè)發(fā)展的方向，但當(dāng)前5G通信技術(shù)還不夠成熟。文章對(duì)5G移動(dòng)通信技術(shù)射頻關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析和介紹，旨在提升5G通信系統(tǒng)的運(yùn)行水平。

關(guān)鍵詞：5G移動(dòng)通信；通信技術(shù)；射頻技術(shù)

5G通信技術(shù)的研究成為帶來(lái)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)研究的重點(diǎn)，無(wú)線傳輸技術(shù)采用了大規(guī)模天線技術(shù)、新的編碼技術(shù)與信道建模，無(wú)線接入方面也采取了新的針對(duì)不同場(chǎng)景的技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)上，5G通信技術(shù)則采用了C-RAN與D2D技術(shù)，5G通信不僅在數(shù)據(jù)速度上有很大提升，更是人類能力的延伸[1]。由此可見(jiàn)，5G通信技術(shù)具有十分廣闊的發(fā)展前景，但目前還處于發(fā)展階段，針對(duì)當(dāng)前5G通信技術(shù)研究中存在的各種問(wèn)題，還需要不斷創(chuàng)新，繼續(xù)深入，探索研究更多新技術(shù)，確保5G通信系統(tǒng)更加穩(wěn)定、高效。5G通信中的射頻關(guān)鍵技術(shù)主要包括兩個(gè)方面，一個(gè)是同頻全雙工通信技術(shù)，另一個(gè)是毫米波頻段移動(dòng)通信技術(shù)。

1 5G通信技術(shù)

5G通信技術(shù)是移動(dòng)通信領(lǐng)域的一次變革，是在4G移動(dòng)通信技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種全新通信技術(shù)，相比于4G傳輸，5G的傳輸效率更高，其覆蓋范圍更廣，而且傳輸延時(shí)和用戶體驗(yàn)也比4G技術(shù)更高。在當(dāng)前的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，各種業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)的傳輸基本都是通過(guò)無(wú)線傳輸方式實(shí)現(xiàn)的，5G通信技術(shù)的傳輸效率和傳輸質(zhì)量都大大提升，能夠滿足未來(lái)大規(guī)模數(shù)據(jù)的傳輸。而且5G通信技術(shù)可以和其他的技術(shù)相互融合，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接，從而進(jìn)一步提高5G通信技術(shù)的應(yīng)用水平。從當(dāng)前5G通信技術(shù)的研究現(xiàn)狀可以看出，5G通信技術(shù)的優(yōu)勢(shì)十分突出，（1）5G通信系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)交互和協(xié)作。對(duì)于5G通信系統(tǒng)而言，由于技術(shù)水平有了很大提升，因此可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)和多用戶協(xié)作，多點(diǎn)和多用戶協(xié)作的網(wǎng)絡(luò)組織是5G通信系統(tǒng)獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，與其他的通信系統(tǒng)相比，其優(yōu)勢(shì)十分明顯，這也使得網(wǎng)絡(luò)組織系統(tǒng)的整體性能的提升成為可能。（2）5G通信系統(tǒng)應(yīng)用了較多的高端頻譜，使得業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和信息資源的傳輸效率更高，傳播速度更快，但是高端頻譜的穿透能力有限[2]，因此還是需要有線和無(wú)線的組合，兩種技術(shù)實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)，提高移動(dòng)通信效率。

5G通信系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是一個(gè)十分重要的方面，5G網(wǎng)絡(luò)將多種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行融合，不僅僅包括了原來(lái)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)、WiFi網(wǎng)絡(luò)，還進(jìn)一步擴(kuò)了大相互匹配的大規(guī)模多天線網(wǎng)絡(luò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，5G通信系統(tǒng)將這些網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備都連接起來(lái)，進(jìn)行統(tǒng)一管控，以超快的速度以及超低的時(shí)間延遲對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的信息交互進(jìn)行控制。4G通信向5G通信的轉(zhuǎn)換，將成為移動(dòng)通信領(lǐng)域的一次全面變革。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外對(duì)5G通信技術(shù)的研究都越來(lái)越深入。

2 5G通信中的射頻關(guān)鍵技術(shù)

2.1 同頻全雙工技術(shù)

同頻全雙工技術(shù)在通信領(lǐng)域中受到的關(guān)注程度很高，從當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，該技術(shù)得到了行業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注和認(rèn)可，利用該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)在相同頻譜上，同時(shí)接收信號(hào)和發(fā)射信號(hào)，從而大大提高了通信的效率，減少能耗。與傳統(tǒng)的TDD和FDD方式相比較而言，這種技術(shù)可以使得頻譜效率提高一倍以上，而且可以突破傳統(tǒng)技術(shù)中的品牌資源的使用限制問(wèn)題，使得頻譜資源的利用更加靈活。但需要注意的是，全雙工技術(shù)對(duì)抗干擾能力的要求較高，必須要加強(qiáng)對(duì)抗干擾技術(shù)的研究，尤其是在多組天線以及組網(wǎng)的情況下，干擾較為嚴(yán)重，該技術(shù)應(yīng)用的難度也比較大。另外，同頻全雙工通信技術(shù)發(fā)展過(guò)程中面臨的另一個(gè)技術(shù)方面的挑戰(zhàn)就是要如何支持MIMO系統(tǒng)，以前的MIMO系統(tǒng)是多天線系統(tǒng)，在發(fā)展的過(guò)程中如果想要消除同頻雙工通信過(guò)程中的自干擾信號(hào)，其復(fù)雜程度是很高的，天線的數(shù)量越多，復(fù)雜程度越高。

對(duì)于同頻全雙工通信技術(shù)而言，同頻全雙工的自干擾抵消技術(shù)具有十分重要的意義，同頻全雙工通信過(guò)程中干擾的消除方法目前主要有兩種，一種是數(shù)字域的自干擾消除，一種是模擬域的自干擾消除[3]。前者指的是通過(guò)ADC來(lái)采集終端信號(hào)，然后可以在數(shù)字域中對(duì)干擾進(jìn)行抵消，采用自干擾抵消算法進(jìn)行抵消，也可以將需要抵消的信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)化形成模擬信號(hào)，然后通過(guò)附加的發(fā)射通道，將信號(hào)調(diào)制到射頻，對(duì)自干擾信號(hào)進(jìn)行消除。對(duì)模擬域中的自干擾進(jìn)行消除的時(shí)候，主要采用射頻電路合成干擾信號(hào)的等幅反向信號(hào)的方式進(jìn)行消除，對(duì)于一些相對(duì)比較復(fù)雜的情況，模擬域中的信號(hào)消除難度較大。數(shù)字域的自干擾信號(hào)的消除比模擬域的自干擾信號(hào)的消除要靈活、簡(jiǎn)單得多，但是數(shù)字域中自干擾信號(hào)的消除會(huì)受到多種因素的影響，比如接收通道、自干擾通道、發(fā)射通道等，都會(huì)對(duì)數(shù)字域中的信號(hào)的自干擾消除效果產(chǎn)生影響。所以模擬域中的自干擾信號(hào)的消除還是具有十分重要的作用的，在同頻全雙工通信技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中具有重要地位，可以確保自干擾信號(hào)在進(jìn)入接收機(jī)之前的強(qiáng)度與接收信號(hào)的強(qiáng)度保持一致，避免接收機(jī)在接收信號(hào)的過(guò)程中出現(xiàn)飽和狀態(tài)。

2.2 毫米波頻段移動(dòng)通信技術(shù)

高網(wǎng)絡(luò)容量、高傳輸速率是5G移動(dòng)通信技術(shù)的基本要求，在實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)要求的時(shí)候必須要求5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)具有較多的頻譜資源。當(dāng)前低頻譜以下的頻譜已經(jīng)逐漸趨于飽和狀態(tài)，因此使得低頻段的頻譜資源變得越來(lái)越稀少，與低頻譜相對(duì)應(yīng)的是高頻譜，高頻段有十分豐富的頻譜資源，能夠使得無(wú)線通信技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)，而且也能夠完全實(shí)現(xiàn)5G移動(dòng)通信系統(tǒng)在容量以及傳輸速率上的要求。當(dāng)前我國(guó)正在積極加強(qiáng)對(duì)毫米波頻段移動(dòng)通信技術(shù)的研究。

目前毫米波頻段移動(dòng)通信技術(shù)還沒(méi)有一個(gè)相對(duì)統(tǒng)一的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，毫米波頻段移動(dòng)通信技術(shù)的研究都還處于起步階段，以5G移動(dòng)通信技術(shù)為目標(biāo)和導(dǎo)向?qū)撩撞l段移動(dòng)通信技術(shù)進(jìn)行研究是一個(gè)重要的方向，在這種背景下，可以將通信系統(tǒng)分為幾個(gè)部分，分別是射頻子系統(tǒng)、基帶、數(shù)字處理、其他輔助部分。在結(jié)構(gòu)上，毫米波頻段移動(dòng)通信系統(tǒng)必須要額外采取一定的措施，才能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)的優(yōu)化，因?yàn)閷?duì)中頻子系統(tǒng)與毫米波頻段進(jìn)行了分析，毫米波前端中的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)不論在設(shè)計(jì)上還是實(shí)施過(guò)程中都比較復(fù)雜，因此在對(duì)電路進(jìn)行安裝的時(shí)候經(jīng)常會(huì)遇到各種問(wèn)題，另外這個(gè)階段的參數(shù)也十分敏感，必須要處于穩(wěn)定變化的環(huán)境中。與其他頻段的信號(hào)相比較而言，毫米波頻段的波長(zhǎng)比較短，因此在對(duì)天線進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，天線的尺寸應(yīng)該要小于中頻系統(tǒng)電路的尺寸（見(jiàn)表1），而且不能將天線置于同一個(gè)環(huán)境中，以防對(duì)天線陣列產(chǎn)生不良影響。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著社會(huì)的進(jìn)步與科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)通信技術(shù)的要求也越來(lái)越高，5G移動(dòng)通信技術(shù)的出現(xiàn)，使得移動(dòng)通信系統(tǒng)的功能越來(lái)越完善，5G移動(dòng)通信技術(shù)在性能覆蓋、系統(tǒng)安全、傳輸延時(shí)等方面都有顯著的提高，本文通過(guò)對(duì)同頻全雙工自干擾抵消技術(shù)、毫米波頻段移動(dòng)通信系統(tǒng)方案進(jìn)行分析與介紹，希望借此加深對(duì)5G移動(dòng)通信技術(shù)的研究。

[參考文獻(xiàn)]

[1]宋剛.面向5G移動(dòng)通信技術(shù)的射頻關(guān)鍵技術(shù)研究[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2017（8）：17-18.

[2]呂晨光，金會(huì)彬，王猛.面向5G通信的射頻關(guān)鍵技術(shù)[J].科學(xué)與信息化，2017（4）：30-32.

[3]蘭琨，王玫.面向5G通信的射頻關(guān)鍵技術(shù)分析[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2017（22）：3606.