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总结报告

面向5G移动通信技术的射频关键技术探究

2017-06-16发布人:poster

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  2017年工信部将加快5G等重点频率的规划进度。具体内容是:年内提出5G在6GHz以下频段规划方案;做好5G技术试验毫米波段用频协调。根据计划,中国移动等将在下半年开展6GHz以下频段的外场试验。中国电信也明确,到2018年实施6GHz以下频段的5G规模技术试验和试商用试验。速度提高100倍、延迟降低50倍、密度提高10倍的5G网络,将大幅提升移动通信的科技市场空间。由此可见,5G移动通信技术具有非常巨大的发展空间,但目前其尚处于发展阶段,因此还需要面对诸多挑战。文章主要就面向5G移动通信技术中的关键技术——同频全双工通信技术以及毫米波频段移动通信技术展开相应介绍及探究。
  1 同频全双工通信技术
  1.1 同频全双工通信技术介绍
  在5G通信中,同频全双工通信技术被称为是最具潜力能够进一步挖掘频谱资源的技术,将促进无线频谱资源利用走向新局面。与传统的FDD或TDD双工方式有所不同的是,同频全双工通信技术能够实现同频段同时收发。由此可见,与传统的FDD或TDD双工方式相比,在理论上同频全双工通信技术能够实现对无线频谱资源的双倍利用。此外,对于无线网络的物理层设计而言,同频全双工通信技术也具有较强的优势。虽然同频全双工通信技术具有很多优点,但是同时也存在着一些问题。其中最主要的问题就是当同频段首发同时进行的时候,将产生巨大的自干扰,产生的自干扰会将全双工最核心的部分消除掉。此外,同频全双工通信技术另一个技术挑战就在于如何支持MIMO系统,由于MIMO系统是多天线系统,因此要想消除同频全双工通信技术的自干扰,其复杂程度将会随着MIMO系统天线数目的增加而剧增,最终使得系统在设计上面临着极大的困难。
  1.2 同频全双工自干扰抵消技术
  对于同频全双工通信技术而言,同频全双工自干扰抵消技术有着至关重要的作用。针对同频全双工通信技术的自干扰问题,目前主要有数字域自干扰消除和模拟域自干扰消除两种方法。数字域自干扰消除是通过ADC来采样接收端的信号,然后在数字域中运用自干扰抵消算法进行抵消,也可以将抵消信号通过DAC转化至模拟域,再通过附加的发射通道调制到射频,从而实现自干扰的抵消。而模拟域自干扰消除则是利用射频电路将自干扰信号的等幅反向信号合成出来,从而实现对自干扰信号的消除。通常情况下,对于极其复杂的抵消,模拟域是难以实现的,尤其是当多个自干扰路径产生影响的时候,会导致自干扰通道响应不平坦,进而对抵消效果产生了限制效果。相比于模拟域自干扰消除,数字域自干扰消除则要灵活得多,但是却容易受接收通道、自干扰通道、发射通道等多种因素的影响。因此尽管模拟域自干扰消除在射频域上的自干扰抵消效果有限,但是其作用和地位却无法动摇。首先,射频域的抵消可以为同频全双工通信技术提供足够高的接收与发射隔离,从而让自干扰信号在进入接收机之前的强度约等于接受信号强度,如此就可以避免接收机出现饱和情况;其次,射频域上的抵消并不会受到接收通道线性和非线性失真因素以及收发机本振相位噪声等的影响;最后,射频域上的抵消还能够抵消发射机因非线性失真所带来的非线性自干扰。
  2 毫米波频段移动通信技术
  2.1 毫米波频段移动通信技术介绍
  5G移动通信技术的高网络容量、高传输速率的实现都需要更多的频谱资源的支撑才能够实现。目前低频谱以下的频谱已经趋向饱和,因此使得低频段频谱资源变得日益稀缺。而与之相对应的是,高频段却有着相当丰富的频谱资源,能够使高速无线通信得以实现,完全能够满足5G移动通信技术在网络容量、传输速率等方面的要求。伴随射频通信系统技术日渐成熟、微波毫米波集成电路的不断发展,作为未来移动通信技术的主要技术之一,毫米波频段移动通信技术将会成为5G移动通信主要趋势。此外,如果结合大规模MIMO技术,毫米波频段移动通信技术还能够提供更佳的空间分辨率,进而使得频谱利用效率得到进一步的提升。关于毫米波频段移动通信技术,目前已经有多个国家以及研究机构对其开展了研究与验证。比如据英国卫报报道,为面向未来5G无线上网,Google就在维珍银河公司太空通道基地(新墨西哥州)建了数个无线收发装置,秘密测试如何通过高空无人机来使28GHz频段毫米波传输得以实现。
  2.2 毫米波频段移动通信系统方案
  目前毫米波频段移动通信系统并没有一个设计标准,不论是国内还是国外,毫米波频段移动通信系统的相关研究尚处于阶段性的研究成果范围内。2015年1月由科技部陈晓辉主导的项目——毫米波频段移动通信系统关键技术研究与验证,就是以5G移动通信技术为目标研究毫米波频段移动通信系统。通信系统一般是由射频子系统、基带、数字处理以及其他辅助部分组成。本文毫米波频段移动通信系统将按照性能要求相关指标形成设计方案。毫米波前端阵列将是系统设计的主体,再搭配中频子系统(3.75GHz),而其他部分将与通常的通信系统组成部分一样,此外还额外设置了振模块和电源系统。在结构上,毫米波频段移动通信系统由于需要对诸多问题予以考虑,因此还需要额外采取一定的措施,才能实现系统的更加优化。一方面,中频子系统与毫米波频段分离,因为毫米波前端中的无线网络不论是设计还是实施都较为复杂,因此在对电路进行安装的时候常常会遇到各种问题,此外这个阶段的参数还非常敏感,必须处于相对而言较为稳定的环境之中。而且与其他频段信号相比,毫米波频段的波长要短得多,那么在对天线阵列进行架设的时候,毫米波频段的天线阵列尺寸应当不大于中频系统电路的尺寸,一旦将双方同置于一个环境,那么就会对组阵不利;另一方面,毫米波前段天线要求一体化,当前已经不再适合接头这种方式了,而为了提升毫米波频段中的连接效果,因此在设计上可以采用基片集成波导接口互连这种形式,使毫米波前段天线实现一体化,进而提升天线的连接效果。
  3 结语
  伴随着社会的进步、科技的发展,人们对移动通信技术的要求也越来越高。5G移动通信技术的出现不仅符合移动通信技术的发展规律,同时与4G移动通信技术相比,其在覆盖性能、系统安全、传输延时、用户体验等诸多方面都有着显著的提高。本文在对同频全双工通信技术以及毫米波频段移动通信技术展开相应介绍及探究的同时,也对同频全双工自干扰抵消技术、毫米波频段移动通信系统方案进行了深入分析,希望能借此对5G移动通信技术的开发与发展给予一定助益。
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