面向5G通信的射频关键技术研究
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摘要：本文结合5G通信技术发展现状和特点，对5G通信的射频关键技术，大规模MIMO技术、毫米波频段通信技术和同频全双工技术进行分析，研究了各通信技术的优缺点以及优化。
关键词：5G;移动通信;射频关键技术
中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2020）04-0000-00
0 引言
移动通信技术改革会带动移动通信质量的提升，同时会增加许多移动通信的新功能。目前是我国移动通信技术从4G时代朝5G时代发展的关键时期，5G时代的到来必定会进一步提高通信的质量，改善系统的功能。自华为公司拿下5G标准制定权以来，我国移动通信技术已经走在了世界前列。
1 5G通信技术概述
5G技术指的是第五代移动通信技术，是第四代移动通信技术，即4G技术的延伸发展结果。各国早在几年前已经着手研究，尤以韩美欧美为先，我国华为公司也不甘示弱在2015年就投入了几个亿的美元对5G技术进行研究，并已于2019年正式宣布研發成果，与此同时在我国部分地区已有所覆盖5G信号，将5G通信技术应用到手机客户端之后平均无线下载速度将达到3.6G每秒。对于5G通信技术的研究和应用应以4G通信系统为基础，进入5G通信研究和应用的新时期需要解决和关注的依旧是技术层面的问题。本文主要对大规模MIMO技术、毫米波频段移动通信技术、同频全双工技术进行分析研究。
2 面向5G通信的射频关键技术分析
2.1 大规模MIMO技术分析
大规模MIMO技术又叫做多天线技术，目前已经广泛应用到了WiFi、LTE等无线通信系统中。多天线技术顾名思义就是指在该通信系统中有多条天线，从理论上讲天线的增多会使得通信系统频谱效率、传输效率以及安全可靠性等功能增强。该技术在5G移动通信系统中的应用研究主要是在一个基站中设置大量天线，然后通过天线组件来为MIMO技术解决成本上的问题。同时将大量天线配置在一个基站中也是为了提高5G通信的频率利用效率，通过集中规划和利用降低不同干扰信号的影响，降低通信发射功率而提高了5G通信的功率效率。大规模MIMO技术的应用优势是可以为5G通信的高频段移动通信的首先提供技术支持，也可提高5G通信网络的无线频率效率、增大信号的覆盖面积，增大通信系统网络容量等，同时可以为各大通信运营商合理分配已有站址和频谱资源。
2.2 毫米波频段移动通信技术分析
2.2.1 毫米波频段移动通信技术发展现状
毫米波频段移动通信技术也是为了5G通信系统的发展应用提供频谱资源的，5G通信需要更多更发达的无线通信信号、更有效率的频谱资源和更多容量的频谱资源。为满足5G通信技术发展需要，鉴于当前无线网络频谱资源已经十分拥挤，市场会出现数据信号拥堵的现象，为此采用毫米波频段移动通信技术可为5G无线通信网络提供更多有价值的频谱资源。关于该技术的应用研究，早在2013年三星公司就利用该技术根据28GHz频段对数据进行无线网络的传输试验，实现了长距离信号传输，是无线通信网络技术研究的重大突破。当前在5G通信研究中虽然低频段射频系统技术已经取得了一定成果，但是关于毫米波频段移动通信技术还需要更多的设计优化和对于前端技术的研究分析，才能促进该技术的发展和应用，提高频谱资源的利用效率[1]。
2.2.2 毫米波频段移动通信系统优化设计
针对毫米波频段移动通信系统的优化设计，首先要解决的是移动通信系统设计标准的问题，加强对毫米波频段移动通信的研究可实现对该技术通信系统方案的优化设计。以工作频段28GHz为例，设置通道带宽是500MHz，通道的增益平坦度是3dB，双工方式是TDD，通道数目为64，最大的发射功率是27dBm，发射功率控制范围是30dB。其次以毫米波频段移动通信技术为基础的5G无线通信网络系统，由基带、数字处理系统、射频子系统和其他辅助部分构成，根据5G移动通信系统指标设计要求，以毫米波前端阵列为主体，使用中频子系统和其他部分一起组成完整的通信系统。想要实现毫米波频段移动通信系统的优化目标，首先要将毫米波频段和中频子系统分离开来，因为毫米波前端中无线网路设计与实施难度较大在进行电路设置时会遇到复杂的问题，加上该阶段参数敏感，毫米波频段波长比其他频段信号波长要短很多，所以在架设天线阵列时应该比中频系统电路尺寸小。此外应实现前端天线一体化设计，采用基片集成波导接口互连方式可实现毫米波前端天线的一体化发展，从而提高天线连接的效果。
2.3 同频全双工技术分析
同频全双工技术的主要作用是为挖掘更多频谱资源提供技术支持，从而为5G通信技术的应用发展提供更多有用的频谱资源。传统频谱资源挖掘方式采用的是TDD或FDD双工技术方法，但是不能满足5G移动通信系统的研究和应用。这是因为5G移动通信是对过去无线通信技术的进一步发展与完善，也是为了满足人们对数据信息需求的需求，解决网络拥堵的问题。为此在5G移动通信系统中可采用同频全双工通信技术，该技术不仅挖掘出更多有价值的频谱资源而且还能提高数据传输的效率，满足人们对信息数据的需要。该技术具体应用流程是，利用同频段进行数据信号收取和发动，能有效提高无线频谱资源的利用率，加快无线通信网络的速度，同时还可发挥移动通信系统的作用。当前该技术在应用中主要存在的问题是在启用同频段进行接收和发送数据信号时，由于存在较多干扰，加上自身也存在干扰因素，所以无法充分发挥该技术的作用。因此必须加大对抗干扰技术的研究，或采用天线抵消技术、数字域自干扰抵消技术等来提高同频全双工技术的应用效果[2]。
关于同频全双工自干扰抵消技术的研究，主要介绍模拟域自干扰抵消技术和数字域自干扰消除技术。其中模拟域自干扰抵消技术，基本原理是利用在射频电路上生成和同频全双工通信技术自干扰信号相反的信号来对自干扰信号进行消除。模拟域自干扰抵消技术一般在应对复杂的干扰信号时会出现滞后或者无法及时抵消的问题，尤其在无线通信网络使用多个同频全双工收发设备时因为信号的收发频繁，因此产生的干扰信号也非常多而且会通过不同的路径进行干扰，采用模拟域自干扰抵消技术无法取得理想的应对效果。数字域自干扰抵消技术，其基本原理是利用ADC对同频全双工收发设备接收端信号产生的干扰进行消除，配合数字域干扰消除算法计算，可消除采样干扰信号。或者将要消除的信号传入到模拟域中，利用模拟域的干扰消除技术对干扰信号进行消除。数字域自干扰消除技术更加灵活，能从多个角度对干扰信号进行分析并有效消除，但是也会受到发射通道和自干扰通信的影响，数字域干扰消除技术目前也不能抵消在发射通道和自干扰通道影响下的干扰信号。
3 结语
综上所述，进入2020年，全国5G通信技术已经进入蓬勃发展阶段，5G移动通信的发展和应用进入了新阶段。作为对4G通信技术的发展延伸，我国也越来越重视5G技术的应用发展，随着2019年华为公司正式发布5G移动通信应用标准以来，我国正式开启5G时代，并在多个区域进行了5G移动通信网络信号的建设覆盖。
参考文献
[1]尤肖虎，潘志文，高西奇，等.5G移动通信发展趋势与若干关键技术[J].中国科学：信息科学，2014（5）：551-563.
[2]李革.我国5G移动通信的关键技术与发展趋势[J].科技传播，2016（1）：157-158.
收稿日期：2020-03-03作者简介：李文亮（1981—），男，满族，天津人，硕士研究生，助理通信工程师，研究方向：通信工程项目管理、无线网络优化维护。
Research on Key RF Technologies for 5G Communication
LI Wen-liang， WANG Wei
（China Mobile Communications Group Tianjin Co.， Ltd.， Tianjin 300020）
Abstract：This paper combines the development status and characteristics of 5G communication technology， for the key RF technologies of 5G communication， Large scale MIMO technology， millimeter wave communication technology and full duplex technology are analyzed， the advantages disadvantages and optimization of each communication technology are studied.
Key words： 5G; mobile communication; RF key technology
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