面向5G移動(dòng)通信技術(shù)的射頻關(guān)鍵技術(shù)探究論文
2017年工信部將加快5G等重點(diǎn)頻率的規(guī)劃進(jìn)度。具體內(nèi)容是：年內(nèi)提出5G在6GHz以下頻段規(guī)劃方案;做好5G技術(shù)試驗(yàn)毫米波段用頻協(xié)調(diào)。根據(jù)計(jì)劃，中國(guó)移動(dòng)等將在下半年開展6GHz以下頻段的外場(chǎng)試驗(yàn)。中國(guó)電信也明確，到2018年實(shí)施6GHz以下頻段的5G規(guī)模技術(shù)試驗(yàn)和試商用試驗(yàn)。速度提高100倍、延遲降低50倍、密度提高10倍的5G網(wǎng)絡(luò)，將大幅提升移動(dòng)通信的科技市場(chǎng)空間。由此可見，5G移動(dòng)通信技術(shù)具有非常巨大的發(fā)展空間，但目前其尚處于發(fā)展階段，因此還需要面對(duì)諸多挑戰(zhàn)。文章主要就面向5G移動(dòng)通信技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)——同頻全雙工通信技術(shù)以及毫米波頻段移動(dòng)通信技術(shù)展開相應(yīng)介紹及探究。
1 同頻全雙工通信技術(shù)
1.1 同頻全雙工通信技術(shù)介紹
在5G通信中，同頻全雙工通信技術(shù)被稱為是最具潛力能夠進(jìn)一步挖掘頻譜資源的技術(shù)，將促進(jìn)無線頻譜資源利用走向新局面。與傳統(tǒng)的FDD或TDD雙工方式有所不同的是，同頻全雙工通信技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)同頻段同時(shí)收發(fā)。由此可見，與傳統(tǒng)的FDD或TDD雙工方式相比，在理論上同頻全雙工通信技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)無線頻譜資源的雙倍利用。此外，對(duì)于無線網(wǎng)絡(luò)的物理層設(shè)計(jì)而言，同頻全雙工通信技術(shù)也具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。雖然同頻全雙工通信技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)，但是同時(shí)也存在著一些問題。其中最主要的問題就是當(dāng)同頻段首發(fā)同時(shí)進(jìn)行的時(shí)候，將產(chǎn)生巨大的自干擾，產(chǎn)生的自干擾會(huì)將全雙工最核心的部分消除掉。此外，同頻全雙工通信技術(shù)另一個(gè)技術(shù)挑戰(zhàn)就在于如何支持MIMO系統(tǒng)，由于MIMO系統(tǒng)是多天線系統(tǒng)，因此要想消除同頻全雙工通信技術(shù)的自干擾，其復(fù)雜程度將會(huì)隨著MIMO系統(tǒng)天線數(shù)目的增加而劇增，最終使得系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上面臨著極大的困難。
1.2 同頻全雙工自干擾抵消技術(shù)
對(duì)于同頻全雙工通信技術(shù)而言，同頻全雙工自干擾抵消技術(shù)有著至關(guān)重要的作用。針對(duì)同頻全雙工通信技術(shù)的自干擾問題，目前主要有數(shù)字域自干擾消除和模擬域自干擾消除兩種方法。數(shù)字域自干擾消除是通過ADC來采樣接收端的信號(hào)，然后在數(shù)字域中運(yùn)用自干擾抵消算法進(jìn)行抵消，也可以將抵消信號(hào)通過DAC轉(zhuǎn)化至模擬域，再通過附加的發(fā)射通道調(diào)制到射頻，從而實(shí)現(xiàn)自干擾的抵消。而模擬域自干擾消除則是利用射頻電路將自干擾信號(hào)的等幅反向信號(hào)合成出來，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)自干擾信號(hào)的消除。通常情況下，對(duì)于極其復(fù)雜的抵消，模擬域是難以實(shí)現(xiàn)的，尤其是當(dāng)多個(gè)自干擾路徑產(chǎn)生影響的時(shí)候，會(huì)導(dǎo)致自干擾通道響應(yīng)不平坦，進(jìn)而對(duì)抵消效果產(chǎn)生了限制效果。相比于模擬域自干擾消除，數(shù)字域自干擾消除則要靈活得多，但是卻容易受接收通道、自干擾通道、發(fā)射通道等多種因素的影響。因此盡管模擬域自干擾消除在射頻域上的自干擾抵消效果有限，但是其作用和地位卻無法動(dòng)搖。首先，射頻域的抵消可以為同頻全雙工通信技術(shù)提供足夠高的接收與發(fā)射隔離，從而讓自干擾信號(hào)在進(jìn)入接收機(jī)之前的強(qiáng)度約等于接受信號(hào)強(qiáng)度，如此就可以避免接收機(jī)出現(xiàn)飽和情況;其次，射頻域上的抵消并不會(huì)受到接收通道線性和非線性失真因素以及收發(fā)機(jī)本振相位噪聲等的影響;最后，射頻域上的抵消還能夠抵消發(fā)射機(jī)因非線性失真所帶來的非線性自干擾。
2 毫米波頻段移動(dòng)通信技術(shù)
2.1 毫米波頻段移動(dòng)通信技術(shù)介紹
5G移動(dòng)通信技術(shù)的高網(wǎng)絡(luò)容量、高傳輸速率的實(shí)現(xiàn)都需要更多的頻譜資源的支撐才能夠?qū)崿F(xiàn)。目前低頻譜以下的頻譜已經(jīng)趨向飽和，因此使得低頻段頻譜資源變得日益稀缺。而與之相對(duì)應(yīng)的是，高頻段卻有著相當(dāng)豐富的頻譜資源，能夠使高速無線通信得以實(shí)現(xiàn)，完全能夠滿足5G移動(dòng)通信技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)容量、傳輸速率等方面的要求。伴隨射頻通信系統(tǒng)技術(shù)日漸成熟、微波毫米波集成電路的不斷發(fā)展，作為未來移動(dòng)通信技術(shù)的主要技術(shù)之一，毫米波頻段移動(dòng)通信技術(shù)將會(huì)成為5G移動(dòng)通信主要趨勢(shì)。此外，如果結(jié)合大規(guī)模MIMO技術(shù)，毫米波頻段移動(dòng)通信技術(shù)還能夠提供更佳的空間分辨率，進(jìn)而使得頻譜利用效率得到進(jìn)一步的提升。關(guān)于毫米波頻段移動(dòng)通信技術(shù)，目前已經(jīng)有多個(gè)國(guó)家以及研究機(jī)構(gòu)對(duì)其開展了研究與驗(yàn)證。比如據(jù)英國(guó)衛(wèi)報(bào)報(bào)道，為面向未來5G無線上網(wǎng)，Google就在維珍銀河公司太空通道基地(新墨西哥州)建了數(shù)個(gè)無線收發(fā)裝置，秘密測(cè)試如何通過高空無人機(jī)來使28GHz頻段毫米波傳輸?shù)靡詫?shí)現(xiàn)。
2.2 毫米波頻段移動(dòng)通信系統(tǒng)方案
目前毫米波頻段移動(dòng)通信系統(tǒng)并沒有一個(gè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，不論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，毫米波頻段移動(dòng)通信系統(tǒng)的相關(guān)研究尚處于階段性的'研究成果范圍內(nèi)。2015年1月由科技部陳曉輝主導(dǎo)的項(xiàng)目——毫米波頻段移動(dòng)通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與驗(yàn)證，就是以5G移動(dòng)通信技術(shù)為目標(biāo)研究毫米波頻段移動(dòng)通信系統(tǒng)。通信系統(tǒng)一般是由射頻子系統(tǒng)、基帶、數(shù)字處理以及其他輔助部分組成。本文毫米波頻段移動(dòng)通信系統(tǒng)將按照性能要求相關(guān)指標(biāo)形成設(shè)計(jì)方案。毫米波前端陣列將是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主體，再搭配中頻子系統(tǒng)(3.75GHz)，而其他部分將與通常的通信系統(tǒng)組成部分一樣，此外還額外設(shè)置了振模塊和電源系統(tǒng)。在結(jié)構(gòu)上，毫米波頻段移動(dòng)通信系統(tǒng)由于需要對(duì)諸多問題予以考慮，因此還需要額外采取一定的措施，才能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的更加優(yōu)化。一方面，中頻子系統(tǒng)與毫米波頻段分離，因?yàn)楹撩撞ㄇ岸酥械臒o線網(wǎng)絡(luò)不論是設(shè)計(jì)還是實(shí)施都較為復(fù)雜，因此在對(duì)電路進(jìn)行安裝的時(shí)候常常會(huì)遇到各種問題，此外這個(gè)階段的參數(shù)還非常敏感，必須處于相對(duì)而言較為穩(wěn)定的環(huán)境之中。而且與其他頻段信號(hào)相比，毫米波頻段的波長(zhǎng)要短得多，那么在對(duì)天線陣列進(jìn)行架設(shè)的時(shí)候，毫米波頻段的天線陣列尺寸應(yīng)當(dāng)不大于中頻系統(tǒng)電路的尺寸，一旦將雙方同置于一個(gè)環(huán)境，那么就會(huì)對(duì)組陣不利;另一方面，毫米波前段天線要求一體化，當(dāng)前已經(jīng)不再適合接頭這種方式了，而為了提升毫米波頻段中的連接效果，因此在設(shè)計(jì)上可以采用基片集成波導(dǎo)接口互連這種形式，使毫米波前段天線實(shí)現(xiàn)一體化，進(jìn)而提升天線的連接效果。
3 結(jié)語
伴隨著社會(huì)的進(jìn)步、科技的發(fā)展，人們對(duì)移動(dòng)通信技術(shù)的要求也越來越高。5G移動(dòng)通信技術(shù)的出現(xiàn)不僅符合移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展規(guī)律，同時(shí)與4G移動(dòng)通信技術(shù)相比，其在覆蓋性能、系統(tǒng)安全、傳輸延時(shí)、用戶體驗(yàn)等諸多方面都有著顯著的提高。本文在對(duì)同頻全雙工通信技術(shù)以及毫米波頻段移動(dòng)通信技術(shù)展開相應(yīng)介紹及探究的同時(shí)，也對(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)行了深入分析，希望能借此對(duì)5G移動(dòng)通信技術(shù)的開發(fā)與發(fā)展給予一定助益。
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