5G通信射頻關(guān)鍵技術(shù)研究分析

林厚忠

摘要：目前我國(guó)普遍使用的遠(yuǎn)程電子通信技術(shù)就是第四代移動(dòng)通信技術(shù)即4G，而5G技術(shù)就是第五代移動(dòng)通信技術(shù)，相比于4G技術(shù)，5G技術(shù)無(wú)論從科技的含量還是實(shí)用性的角度都有重大性的突破，例如4G技術(shù)的下載速度是以MB為單位而到了5G技術(shù)傳輸速度是以GB為單位，雖然目前5G技術(shù)已經(jīng)誕生，但是進(jìn)入商業(yè)推廣階段還是需要進(jìn)一步的研究和實(shí)驗(yàn)，5G通信技術(shù)的關(guān)鍵是射頻技術(shù)，因此本研究詳細(xì)地分析了射頻技術(shù)的三大關(guān)鍵點(diǎn)，以推動(dòng)5G技術(shù)早日普及。

關(guān)鍵詞：5G通信射頻技術(shù)三大技術(shù)

引言

通信技術(shù)可以分為有線通信技術(shù)和無(wú)線通信技術(shù)，貝爾最早發(fā)明的電話就是有限通信技。，因?yàn)閭鞑ソ橘|(zhì)的不同，有線通信的傳輸速度要遠(yuǎn)大于無(wú)線通信的傳輸速度。目前無(wú)線通信普及的4G技術(shù)理論速度是150Mb/s但是光纖電纜的傳輸速度是26Tbp/s，從Mb/s到Tb/s是一個(gè)重大的突破，由此看來(lái)5G技術(shù)的誕生則讓無(wú)信通信速度得到了最大的提升。本研究通過(guò)研究關(guān)鍵的射頻技術(shù)以推動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)5G技術(shù)的早日普及。

1分析大規(guī)模MIMO技術(shù)

MIMO的全稱是Multiple-Input Multiple-Output，通俗來(lái)講就是運(yùn)用多個(gè)發(fā)射天線和接受天線充分利用空間的優(yōu)勢(shì)來(lái)改善信號(hào)接收的情況，MIMO技術(shù)早在1908年的時(shí)候馬可尼被提出來(lái)，在上世紀(jì)九十年代被應(yīng)用于無(wú)線電通信技術(shù)上，到了二十世紀(jì)初正式推出有MIMO技術(shù)的通信產(chǎn)品，而我們現(xiàn)在所講的大規(guī)模MIMO技術(shù)則是SG通信射頻技術(shù)的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，相比于傳統(tǒng)的MIMO技術(shù)，它使用了大規(guī)模的天線列陣，大規(guī)模的MIMO技術(shù)能夠充分利用空間的特點(diǎn)就是提高空間的利用率，利用大規(guī)模的天線陣列實(shí)現(xiàn)多用戶波束智能賦型，并提升波束本身的定向性，將明顯提升空間分辨率，提高了波束本身的定向性就能夠使波束更好地到達(dá)用戶的通信設(shè)備中，降低對(duì)其他用戶通信設(shè)備的影響，這樣子就能夠有效地提高效率和功率，但是這個(gè)大規(guī)模的MIMO技術(shù)也存在一定的缺陷，缺陷就是需要大量的資金建收發(fā)天線，此外在空間的利用方面也存在問(wèn)題。因此這個(gè)技術(shù)的關(guān)鍵是要解決好射頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問(wèn)題，如果能夠解決射頻系統(tǒng)的問(wèn)題就能夠在最小的空間布置規(guī)模最大的MIMO技術(shù)并能夠使用最少的資金去進(jìn)行技術(shù)維護(hù)。

2同頻雙全工技術(shù)

在這三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)中同頻雙全工技術(shù)是最為核心的組成部分，同頻雙全工技術(shù)又稱為同時(shí)同頻雙全工技術(shù)其英文名稱為Cofrequency Co-time Full Duplex，從這個(gè)技術(shù)名稱的層面方面去理解這個(gè)CCFD技術(shù)就是無(wú)線的通訊設(shè)備上可以在相同的時(shí)間，相同的頻率，發(fā)射和接收無(wú)線信號(hào)。我們目前4G技術(shù)使用的是FDD和TDD的雙全工技術(shù)，這兩個(gè)技術(shù)都是大同小異都屬于LET的分支。FDD是頻分雙工技術(shù)是在兩個(gè)不同頻段進(jìn)行信息的傳遞，TDD是時(shí)分雙工技術(shù)是在同一個(gè)頻段不同時(shí)間間隙進(jìn)行信息的傳遞，兩種雙全工技術(shù)都是為了防止鄰近的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)傳聲干擾而設(shè)計(jì)。為了提高5G通信技術(shù)的信息傳遞速度要利用更多的頻譜資源，TDD和FDD這兩種傳統(tǒng)的技術(shù)所提供的頻譜資源不能夠滿足5G通信技術(shù)，所以為此要使用更加先進(jìn)的CCFD技術(shù)挖掘更多的頻譜技術(shù)，從而提高5G通信技術(shù)的信息傳遞速度，但是這個(gè)技術(shù)還在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的階段，因?yàn)檫@個(gè)技術(shù)他不能夠全面地促進(jìn)5G通信系統(tǒng)，這個(gè)技術(shù)存在著一個(gè)缺陷就是無(wú)法避免臨近收發(fā)射機(jī)的巨大干擾，與之相比的TDD和FDD，它們雖然不能夠挖掘足夠多的頻譜資源，但是它們成功地避免了臨近收發(fā)射機(jī)的干擾，由此看來(lái)要使這個(gè)技術(shù)從實(shí)驗(yàn)階段轉(zhuǎn)到實(shí)用階段就要解決干擾問(wèn)題，為此研究人員主要使用兩種方式來(lái)解決干擾問(wèn)題，這兩種方法是分別是模擬域自干擾技術(shù)和數(shù)字域自干擾技術(shù)，模擬域自干擾技術(shù)就是在射頻電路中，他自己本身也能夠產(chǎn)生一種干擾信號(hào)，而這種干擾信號(hào)剛好和臨近收發(fā)機(jī)的干擾信號(hào)相互抵消從而實(shí)現(xiàn)消除干擾的作用，這種技術(shù)運(yùn)用于當(dāng)產(chǎn)生的干擾比較單一簡(jiǎn)單的情況下，但實(shí)際的應(yīng)用中產(chǎn)生的干擾比較復(fù)雜多樣，在這種情況下使用數(shù)數(shù)字域自干擾技術(shù)會(huì)比較好，這種技術(shù)的原理就是用ADC采集同頻全雙工收發(fā)機(jī)接收端信號(hào)的基礎(chǔ)上，借助消除算法消除自干擾信號(hào)，所以面對(duì)復(fù)雜多樣的干擾信號(hào)，數(shù)字域自干擾技術(shù)可以從多個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)生干擾信號(hào)從而抵消掉臨近收發(fā)機(jī)的干擾信號(hào)，可是數(shù)字域自干擾技術(shù)也有不足的地方就是這個(gè)技術(shù)自身存在著極大的局限性，例如運(yùn)用該技術(shù)需要用特定的發(fā)射通道，所以在日后的研究中還需要對(duì)這兩種方法加以優(yōu)化改進(jìn)，才能夠讓CCFD技術(shù)從實(shí)驗(yàn)階段轉(zhuǎn)到實(shí)用階段。

3毫米波頻段技術(shù)

毫米波頻段技術(shù)也是5G技術(shù)傳輸速度快的秘訣之一，我們都知道通訊設(shè)備有兩種形式一種是有線一種是無(wú)線，有線的通信技術(shù)的信息傳遞速度比起無(wú)線的信息傳遞速度要快得多，原因在于傳播的介質(zhì)問(wèn)題，波在有線電纜中傳播速度要遠(yuǎn)大于在空氣中的傳播速度，所以有線信息傳遞速度是遠(yuǎn)大于無(wú)線信息傳遞速度，但是實(shí)際上無(wú)線通信更方便在日常生活中更普及，所以5G技術(shù)的快速傳輸特點(diǎn)彌補(bǔ)了有線和無(wú)線之間的差距。我們根據(jù)一個(gè)基本的物理公式光速一波長(zhǎng)+頻率可以知道，頻率越高的波，它信息傳遞速度的就越快，在無(wú)法改變介質(zhì)的情況下唯有使用頻率更高的波進(jìn)行信息傳播，這也就是5G技術(shù)的核心思想，我們現(xiàn)在所使用的4G無(wú)線通訊技術(shù)它的波的頻率最高可以達(dá)到的2635MHz而5G所使用波的頻率是30-30GMHz，根據(jù)頻率與波長(zhǎng)成反比我們可以知道，5G所使用的波的長(zhǎng)度非常短我們也稱之為毫米波。運(yùn)用辨證分析來(lái)看這個(gè)技術(shù)，毫米波確實(shí)使擁有高速的信息傳遞，可是頻率越高的波，它繞開(kāi)障礙物的能力就越弱。例如激光筆的光線頻率是十分高的，如果用手擋住激光筆，激光筆是無(wú)法照到手后面的位置，而聲波的頻率比較低，它繞開(kāi)障礙物的能力比較強(qiáng)，所以兩個(gè)人即使隔著東西在說(shuō)話彼此雙方也能夠聽(tīng)見(jiàn)。為了解決這個(gè)毫米波的缺點(diǎn)，就研發(fā)了毫米波頻段技術(shù)，使用毫米頻波段的這一特征拉近不同終端之間的距離，空氣中氧氣的共振頻率通常為60GHz，以此為依據(jù)，5G通信系統(tǒng)選擇60GHz毫米波頻段，能夠有效避免終端信號(hào)干擾的問(wèn)題。使用這種技術(shù)就意味著不能夠大范圍的整體覆蓋塔，因?yàn)樵娇拷盘?hào)越強(qiáng)，但是越遠(yuǎn)離塔信號(hào)就越弱，這就不能保證各個(gè)地區(qū)都能夠接受到比較好的信號(hào)，所以要使用小范圍的微型基站并且室內(nèi)室外都要裝上這樣子能夠保證在任何地區(qū)的電子設(shè)備都能夠接受到最好的信號(hào)。毫米波通信技術(shù)能夠整合MIMO技術(shù)實(shí)現(xiàn)多波束賦型，可以提供良好的空間分辨率，有效提升了頻譜使用效率，這也意味著MIMO技術(shù)在這三類技術(shù)中是基礎(chǔ)，十分重要。

4結(jié)束語(yǔ)

4G技術(shù)在我國(guó)內(nèi)已經(jīng)十分成熟并且已經(jīng)得到了普及，為了追求更快更好的信息傳遞速度，SG技術(shù)的研發(fā)是勢(shì)在必行的。目前5G技術(shù)已經(jīng)誕生了，但是它距離商業(yè)化普及還有一段時(shí)間，因?yàn)閺谋狙芯康募夹g(shù)分析可以看出SG通信射頻的三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)都各自存在著極大的局限性，它們只適合在實(shí)驗(yàn)室里面使用，這些局限性阻礙著5G技術(shù)商業(yè)化的普及，這些局限性還要靠工作人員去不斷地優(yōu)化和調(diào)整才能夠讓5G技術(shù)成熟起來(lái)。

參考文獻(xiàn)

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