5G 通信射频关键技术探究

2018-01-25谢在标

通信电源技术 2018年10期

谢在标

（中邮科通信技术股份有限公司，福建福州 350005）

0 引言

5G通信系统是面向未来的一种全新通信系统，在发展过程中要实现更高的传输速度，解决多场景灵活应用、海量连接设备等多种问题。作为5G通信技术最核心的射频技术，应用和研究水平会对5G系统发展质量产生直接影响[1]。因此，对5G通信射频技术展开探究，希望能够为推动5G通信系统的快速发展提供借鉴。

现在开发5G射频技术主要是利用空中接口的形式。5G网络传输时，数据会在毫米波信道中传输，通过有效控制信号，让信号从传输速度相对较慢的3G路由器中通过。未来，毫米波频将会成为5G射频技术的发展趋势，尽管多数时候会产生巨量信息吞吐问题，可是应用价值依然较高。从1G到4G，所有动力都依靠提升频谱效率来获得。5G以后，研发焦点放在不同频谱技术的充分融合上[2]，为用户提供系统化的网络管理界面，并将频谱技术应用到单个流程中。在此过程中将会遇到各种各样的问题，是以后亟待解决的重要问题。

5G通信系统尚处在研发阶段，现在5G主要面对的关键技术包括网络技术和射频传输技术，可以分成以下几个方面。

1 大规模MIMO技术

大规模MIMO技术是指在5G通信系统中采用一定规模的天线阵列。通过多天线系统，可以实现多信号传播路径，从而确保空间复用，有效提升系统射频效率和可靠性。利用大规模的天线阵列实现多用户波束智能赋型，并提升波束本身的定向性，将明显提升空间分辨率。可以充分挖掘空间的维度资源，显著提升频谱效率。波束非常集中，可以降低对其他用户的干扰，同时降低发射功率，有效提升功率效率。但是，天线数目和射频通道的快速增加，为射频系统带来了前所未有的挑战和设计难度，尤其在射频系统的设计上[3]。

2 同频全双工技术

同频全双工技术被看做是5G通信射频技术中最具潜力、可以被充分挖掘频谱资源的重要技术，将形成无线频谱资源合理使用的全新局面。对比传统FDD、TDD双工形式，无线同频全双工技术的优势在于可以保证同频段的同时收发，提升了无线频谱资源的使用频率，同时有利于实现对无线网络物理层的优化设计，研发重点集中于充分挖掘和分析频谱资源。普通形式的通信技术发展过程中，主要采用TDD形式的通信技术和FDD的通信技术。两种形式的通信技术在传统通信系统中发挥了重要作用，可对传输质量和传输效率有着较高要求的5G通信技术而言，这两种通信技术已经难以满足实际需要。因此，提升同频全双工通信技术的研究质量，成为当前5G通信技术的研究重点。

尽管网络通信技术发展速度较快，但是使用通信网络的人群数量持续提升，导致了传输的信息量急剧膨胀，信息传输速率加大，产生了信息堵塞情况，影响通信网络的合理化使用。新型同频全双工技术能够有效解决该问题，提升通信质量。实际研究过程中，该技术是使用、接收以及发送相关信号的主要形式，实现了从单向传输向双向传输的转变，有效提升了通信工程的频谱资源利用率和5G通信技术的发展速度[4]。同频全双工技术面临的突出问题是同频段同时接收或者发送所产生的自干扰。如何消除自干扰，成为全双工中最重要的内容。当前，合理化使用数字域和射频域的自干扰抵消形式和无线抵消形式，能够保证同频全双工通信的实现，实验室可以保证1.87倍的数据吞吐量。该技术的一项重要难点问题在于与MIMO系统的有效融合上。从多天线系统角度来看，消除自干扰的难度会随着天线数量的提升而增加，使系统设计面临着较大困难。

3 毫米波频段技术

5G通信系统的高网络容量和高传输速率，需要有相应的频谱资源加以保障。3 GHz下的低频段频谱较为拥堵，高频段频谱资源相对丰富，能够实现高速无线通信，同时能满足5G通信系统对传输速率和容量的基本要求。伴随微波毫米波集成电路的持续发展，射频通信技术不断成熟，毫米波通信必然会成为移动通信的主要技术形式。毫米波频段是5G通信系统的技术发展方向之一，很多国家和相关研究部门对毫米波频段通信技术进行了验证与研究工作。同时，毫米波通信技术能够整合MIMO技术实现多波束赋型，可以提供良好的空间分辨率，有效提升了频谱使用效率[5]。

空气中，毫米波频段技术会出现较大幅度的衰减，绕射能力也较弱。换言之，如果5G通信利用毫米频波段技术会被阻碍物所抵挡，穿墙功能相对较差。但是，能够使用毫米频波段的这一特征拉近不同终端之间的距离。空气中氧气的共振频率通常为60 GHz，以此为依据，5G通信系统选择60 GHz毫米波频段，能够有效避免终端信号干扰的问题。显然，该特征不能在手机终端与基站距离较远的情况下使用[6]。我国开发商对5G通信系统使用毫米波频段技术通常应用于开阔区域，利用传统6 GHz以下频段保证通信信号的整体覆盖。在室内则和微型基站充分结合，从而保证5G超高速的数据传输。

4 终端直通技术

传统蜂窝通信系统组网将所有基站作为核心，使用多个扇区保证小区的整体覆盖。但是，每个基站本身的数据容量相对有限，对今后的数据密度要求高。使用终端直通技术能够有效降低基站内的数据业务量，同时保证网络的灵活性[7]。过去采用的方式是将基站作为核心提供数据业务，5G背景下，传统方式难以满足不同环境下大量用户设备的业务发展需求。终端直通技术无需基站的帮助就能够实现通信终端的直接通信，有效拓展了网络的接入与连接形式。