黃德義

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面向5G通信的射頻關(guān)鍵技術(shù)研究

黃德義

中興通訊股份有限公司，廣東 惠州 518000

為了推動(dòng)5G類型通信技術(shù)的良好發(fā)展，技術(shù)人員需要掌握射頻類型通信技術(shù)的要點(diǎn)，根據(jù)5G類型通信技術(shù)實(shí)際發(fā)展情況制定相關(guān)研究方案?，F(xiàn)階段，第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)是當(dāng)前移動(dòng)領(lǐng)域中的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。世界各國(guó)為了占據(jù)移動(dòng)通信技術(shù)領(lǐng)域的前位，開(kāi)展了各項(xiàng)針對(duì)5G通信系統(tǒng)的研究。

5G通信；射頻關(guān)鍵技術(shù)；研究

當(dāng)前，在移動(dòng)通信中，使用較為普遍的依舊是4G通信信號(hào)。與以往移動(dòng)通信技術(shù)相比較，4G在一定程度上提升了移動(dòng)通信質(zhì)量，增加了移動(dòng)通信系統(tǒng)功能。然而新生的通信系統(tǒng)并不是單一的新型技術(shù)研究?jī)?nèi)容，而是在前幾代通信技術(shù)的基礎(chǔ)上形成的，5G通信技術(shù)也是整合多項(xiàng)技術(shù)發(fā)展起來(lái)的。從當(dāng)前情況來(lái)看，5G通信技術(shù)目前還處于研發(fā)階段，需要進(jìn)一步研究。

1 5G通信關(guān)鍵技術(shù)

1.1 大規(guī)模MOMO技術(shù)

大規(guī)模MOMO技術(shù)是在系統(tǒng)內(nèi)實(shí)行大規(guī)模的天線列陣。也就是說(shuō)，在系統(tǒng)內(nèi)增加天線，利用增多的方式傳輸信號(hào)，循環(huán)使用系統(tǒng)空間，目的在于提升射頻效率，增加其穩(wěn)定性。

1.2 同頻全雙工技術(shù)

在大多數(shù)技術(shù)中，同頻全雙工技術(shù)對(duì)5G通信產(chǎn)生的效果最明顯。這一技術(shù)被人們稱為最具備發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)之一。在5G通信技術(shù)開(kāi)發(fā)期間，通過(guò)應(yīng)用同頻全雙工技術(shù)來(lái)優(yōu)化無(wú)線頻譜資源，以此為移動(dòng)通信的研究工作提供有利依據(jù)。

1.3 高密度網(wǎng)絡(luò)

隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)成為了人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚囊徊糠?。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)逐漸呈現(xiàn)綜合化、多元化以及智能化發(fā)展方向。因此，在開(kāi)發(fā)5G通信技術(shù)期間，可以將高密度網(wǎng)絡(luò)引進(jìn)網(wǎng)絡(luò)部署中，以此增長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)流量，為5G移動(dòng)通信研究工作的開(kāi)展提供支持。

1.4 毫米波頻段通信技術(shù)

一般來(lái)講，先進(jìn)的移動(dòng)通信系統(tǒng)都離不開(kāi)頻譜資源的支撐。在移動(dòng)通信域中，作為先進(jìn)技術(shù)的第五代移動(dòng)系統(tǒng)，也需要加大頻譜資源的開(kāi)發(fā)力度。其中，毫米頻段通信技術(shù)的出現(xiàn)，可以滿足這項(xiàng)工作需求。相信在未來(lái)，毫米波頻段通信技術(shù)必定成為重點(diǎn)研究技術(shù)之一。

1.5 終端直通類型的技術(shù)

要想提升通信系統(tǒng)整體質(zhì)量，可以采取多種方法，其中最有效的方法是合理優(yōu)化現(xiàn)有的通信系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，在5G通信技術(shù)中可以使用終端直通技術(shù)。通過(guò)應(yīng)用這一技術(shù)，在一定程度上能夠簡(jiǎn)化通信技術(shù)程序，使通信用戶在使用中繞開(kāi)基站設(shè)備，直接在終端設(shè)備中獲取信息資源。這樣一來(lái)，不但可以降低通信系統(tǒng)中通信設(shè)備的工作壓力，還可以提升信息傳輸效率。

2 面向5G通信的射頻關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 大規(guī)模MIMO技術(shù)

MIMO技術(shù)，也被稱為天線技術(shù)。由于該技術(shù)性能良好，目前已被廣泛應(yīng)用于各種無(wú)線通信系統(tǒng)中，比如Wi-Fi。一般來(lái)講，天線越多，通信系統(tǒng)頻譜效率和傳輸速度的穩(wěn)定性就越高。大規(guī)模MIMO技術(shù)需要將大量天線配置到基站內(nèi)。這些天線主要是由價(jià)格較低的天線組件實(shí)現(xiàn)，能夠減少大規(guī)模MIMO技術(shù)的成本。將天線放置在基站內(nèi)的目的是為了開(kāi)拓空間，提升5G通信的頻譜效率。將通信波束放入規(guī)定區(qū)域中，以免受到不良因素的影響。

2.2 同頻全雙工通信技術(shù)

5G通信射頻的關(guān)鍵技術(shù)之一是同頻全雙工通信技術(shù)。這一技術(shù)能夠采集頻譜資源，為5G技術(shù)提供更多的資源。傳統(tǒng)移動(dòng)通信技術(shù)主要是用TDD或者FDD雙工方式來(lái)采集頻譜資源。這種方式較為單一，無(wú)法滿足第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展需求。因此，同頻全雙工通信技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

5G移動(dòng)通信技術(shù)的研究，主要以無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展和完善為主。經(jīng)過(guò)幾十年發(fā)展，無(wú)線通信技術(shù)取得了明顯進(jìn)步。不過(guò)，現(xiàn)有的無(wú)線通信系統(tǒng)還不符合數(shù)據(jù)信息獲取需求，網(wǎng)絡(luò)堵塞問(wèn)題的存在和頻譜稀缺有著直接的關(guān)系。所以，第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)主要使用同頻全雙工通信技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)能夠更好地獲取射頻資源，提升網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)效率。

同頻全雙工技術(shù)的使用方法是利用同頻段同時(shí)接收。不僅可以提高無(wú)線頻譜資源利用率，而且還可以提升通信速度，最大限度發(fā)揮移動(dòng)通信系統(tǒng)性能。從當(dāng)前情況來(lái)看，同頻全雙工通信技術(shù)在使用期間還存在一些問(wèn)題。這些問(wèn)題在開(kāi)啟同頻段同時(shí)接收功能時(shí)，會(huì)對(duì)技術(shù)自身產(chǎn)生較大的干擾。所以，要想解決這項(xiàng)問(wèn)題，可以采用射頻域自干擾抵消方式。

2.3 同頻全雙工自干擾抵消技術(shù)

同頻全雙工自干擾抵消技術(shù)包括模擬域自干擾消除技術(shù)和數(shù)字域自干擾消除技術(shù)。

模擬域自干擾消除技術(shù)在遇到復(fù)雜干擾信號(hào)后，經(jīng)常出現(xiàn)滯后現(xiàn)象，尤其是在無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中使用多個(gè)同頻雙全工收發(fā)機(jī)的時(shí)候，形成的干擾信號(hào)比較多。遇到這種情況使用模擬域自干擾消除技術(shù)也很難消除產(chǎn)生的自干擾信號(hào)。

數(shù)字域自干擾消除技術(shù)主要利用數(shù)字域中的消除算法來(lái)抵消采樣信號(hào)。這項(xiàng)技術(shù)相較于模擬域自干擾消除技術(shù)，優(yōu)勢(shì)更大一些，也更靈活。不過(guò)，數(shù)字域自干擾消除技術(shù)還存在一些不足，時(shí)常受發(fā)射通道以及自干擾通道的影響，在遇到發(fā)射通道、自干擾等情況時(shí)，數(shù)字域自干擾消除技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)信號(hào)抵消。

2.4 毫米波頻段移動(dòng)通信技術(shù)

2.4.1 毫米波頻段移動(dòng)通信技術(shù)的論述

當(dāng)前，使用4G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)雖然實(shí)現(xiàn)了一定的使用目標(biāo)，但是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的頻譜資源較為擁擠，其在一些時(shí)段上經(jīng)常產(chǎn)生數(shù)據(jù)堵塞等問(wèn)題。因此，在研究5G通信技術(shù)時(shí)，毫米波段移動(dòng)通信技術(shù)成為了主要的應(yīng)用技術(shù)，它可以為無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)提供較多的頻譜資源，取得的成果較大。

2.4.2 毫米波頻段移動(dòng)通信系統(tǒng)方案

一般來(lái)講，通信系統(tǒng)的整體由基帶、數(shù)字處理以及射頻子系統(tǒng)以及其它部分相互組建而成，所以在毫米波段移動(dòng)通信系統(tǒng)中，也應(yīng)根據(jù)相關(guān)指標(biāo)要求制訂設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是毫米波前端陣列，使用中頻子系統(tǒng)，其他部分和一般的完整通信系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)一樣。此外，還要設(shè)置電源系統(tǒng)、振模塊。

2.4.2 衰減大繞射能力弱的特征分析

毫米頻波段技術(shù)在空氣中產(chǎn)生的衰減程度非常大，繞射能力也比較弱。換句話講，如果在5G通信中使用毫米波段技術(shù)，通信信號(hào)就會(huì)被各種物體阻擋，甚至連最基本的穿墻都無(wú)法實(shí)現(xiàn)。但是，可以根據(jù)毫米頻波段這一特點(diǎn)，比如我的手機(jī)在使用毫米波段技術(shù)的時(shí)候信號(hào)衰減程度比較大，而其他人員在使用手機(jī)發(fā)射出來(lái)的毫米波信號(hào)衰減程度也比較厲害，因此，不需要從信號(hào)干擾處理方面進(jìn)行考慮，只需要相互接近的兩個(gè)終端之間保持一定間距就即可。在空氣內(nèi)，氧氣的共振頻率為60?GHz。因此，對(duì)于5G而言，選擇一個(gè)60?GHz的毫米波段頻能夠防止相鄰的兩個(gè)終端信號(hào)之間產(chǎn)生干擾。與此同時(shí)，毫米波段技術(shù)的自身特點(diǎn)在一定程度上決定了其不適合在手機(jī)終端或者距離基站比較遠(yuǎn)的區(qū)域應(yīng)用。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，目前5G通信技術(shù)的研究還在發(fā)展階段，面臨多種挑戰(zhàn)。需要5G通信技術(shù)人員不斷提高自身技能，根據(jù)5G技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，提升該技術(shù)的研究質(zhì)量。

[1]尤肖虎，潘志文，高西奇，等.5G移動(dòng)通信發(fā)展趨勢(shì)與若干關(guān)鍵技術(shù)[J].中國(guó)科學(xué)，2014，44（5）：551-563.

[2]李革.我國(guó)5G移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)與發(fā)展趨勢(shì)[J]. 科技傳播，2016，8（1）：157-158.

RF Key Technologies and Research for 5G Communication

Huang Deyi

ZTE Corporation, Guangdong Huizhou 518000

In order to promote the sound development of 5G type communication technology, technicians need to master the key points of radio frequency type communication technology. According to the actual development situation of 5G type communication technology, the relevant research scheme is formulated. At this stage, the 5th generation mobile communication system is currently the key research point in the mobile field. In order to occupy the top spot in the field of mobile communications technology, countries around the world have conducted research on 5G communication systems.

5G communication; RF key technology; research

TN929.5

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