从1G到5G，每次代际升级都是技术上的全面升级，4G通信技术开创了繁荣活跃的互联网新纪元，人和人之间的通信更加便利。进入5G时代，通信数据传输量更大、服务质量要求更高、新业务也不断涌现[1]。在5G通信时代下，不仅要具备人和人之间的通信功能，还着手解决人和物、物和物之间的通信问题，提供更加多样化、智能化的物联服务。可想而知，5G时代下数据信息的传输量将在4G时代基础上进一步增长，通信传输速度也要比4G时代有更加明显的提升。无线射频技术是通信运营中实现数据传输的核心，为适应5G时代对数据传输的要求，就需要利用传输速率更高、数据密度量更大的射频技术增强通信传输性能。

一、第五代通信的特征

5G通信是通信领域的重要发展方向，是全球范围内热议的话题，得到了国内外的广泛关注。5G通信是在传统通信技术基础上的进一步升级，加入了物联网技术，在满足人和人通信需求的同时，拓展到人与物的通信、物与物的通信[2]。那么在5G时代下，无论是传输数据量，还是传输速率要求都会明显高于4G通信时代。此外，5G通信不仅支持手机、平台等，还连接众多终端控制设备，以实现人与物、物与物的通信需求，通信网络的覆盖面也将大幅增加。

二、5G通信时代对射频技术的性能需求

通信领域的射频技术就是指发射频率电波，这些电波中包含着经过调制的数据信息，在通信网络基站中通过射频装置将一定频率的电波在空间中发射，再由其他基站的接收装置接收，实现电波在通信网络中的传输，完成数据信息的传输工作。

5G通信以移动互联网和物联网为核心，物联提供的高效、便利服务未来将成为人们生活中的一部分。但为满足更加多元化、智能化的通信服务需求，数据传输量也必将会远超过4G时代。5G通信一方面要满足海量信息的传输速率，另一方面还要能够支持更多的终端设备，包括常规的手机、平板，以及各类物联控制终端设备等。面临传输高速率、数据高密度以及大量终端设备的接入，射频技术应当能够满足以下几点性能需求：

（一）高速的数据传输速率

面对海量的数据信息，射频技术应当能承担起区域内的数据传输速率要求，数据的传输速率要比4G通信快数十、数百倍甚至更多。即使在网络使用峰值也都能够达到理想的传输速度。

（二）延迟

4G时代通信传输大约有15ms的延迟[3]，这个延迟可以满足4G通信下的大多数应用。但是5G时代需要实现物联功能，对一些终端设备需要实现即时控制，那么就要求延时时间进一步缩短。

（三）低功耗

在基站发射、接收数据信息，以及各终端设备收发数据时，相关设备都需要耗用一定功率来实现，通常来说处理数据越多，耗能也越大。所以不能采用以往的射频技术，如果进一步开发以往射频技术的潜能，将会大幅增加耗能。而是要研发一些射频新型技术，既能满足5G通信传输的性能需求，又不会带来过多的功耗。

三、面向5G通信的射频关键技术

（一）同频全双工技术（FDD）

1.FDD收发机

射频收发机是实现数据传输的关键，FDD收发设备是当前最为先进、性能最为突出的射频收发机。这种收发机和3G时代诞生的时分双工（TDD）收发机相比，无需切换收发开关就能自动完成数据收发工作[4]。因此FDD收发器可以省去双工器以及切换开关的设施，通过发射数据的通道以及接收数据的通道同频工作就能实现自动数据收发工作，避免了以往双工器以及开关切换对收发效率的影响，发送和接收的通道为一个频率，但通过双工器以及滤波器使两个通道得以隔离。

2.FDD收发的自干扰问题

FDD收发机同TDD收发机有个共同点，就是都采用了半双工的操作方式，但两者也有明显不同，在FDD通信系统中，通过双工器及滤波器使接收和发送的数据信息隔离分开，但属于同一频率，以及同一时间。而在TDD通信系统中，接收和发送的数据信息则是在同一个频率通道之中但为不同时隙，通过时间的区分实现接收和发送通道的隔离。虽然在FDD通信系统中，能够实现在同一频率下同时收发，提升了数据信息传输效率，但是两者可能在这一过程中互相干扰，这就是FDD的自干扰问题，这是保证FDD有效应用必须要解决的问题。

3.FDD收发自干扰的抵消技术

FDD收发自干扰问题影响了FDD的有效利用，一度成为制约我国5G发展的重大难题，可喜的是，随着相关技术人员的不懈努力，现已研发出了行之有效的自干扰抵消技术。数字域自干扰抵消技术就是目前比较常用的，主要是通过模数转换器（ADC）来实现。此外，还有模拟域自干扰抵消技术也比较常用[5]。加入抵消技术后能够有效保证FDD收发设备的稳定，还能起到以下几点作用：①拓宽接收设备的容量，避免FDD设备因为大量的自干扰信号占用运行空间而出现饱和。②实现接收和发送的有效隔离，保证数据信息不受干扰。③抵消技术的应用能够避免因自干扰带来的噪声、失真等问题。总之，FDD收发机自干扰抵消技术的出现有效提高了FDD技术的使用性能，提升了数据传输效率。

（二）大规模MIMO技术

大规模MIMO技术也就是多天线技术，这种技术目前已经得到各通信运营商的广泛重视，并被应用到工作实际中。WIFI无线传输、LTE无线通信等都采用了这一技术。通常情况下，所设置的天线数量和通信网络频谱效率、通信网络的稳定性、通信传输速度等都有着正相关的关系，设置的天线数量越多这些功能也就越强。所以我们常见到无线通信性能越高的WiFi设备，其天线数量也就越多。那么为了充分提升数据传输效率，应当按照大规模MIMO技术，将数量众多的天线设置在基站中，从而充分调动数据传输潜能，增强5G通信的频谱效率[6]。天线数量已被证实和数据传输效率有关，但天线的材质则和数据传输效率没有太大关系，所以为降低成本，可以选择价格适中、耗电量不大的天线。在基站中大量的天线形成通信波束集，这也能够起到良好的抗干扰效果，保证通信数据收发的稳定性。大量天线的使用保证了5G通信的高频段，增强了数据传输的效率和数据密度，也扩大了网络的覆盖面，是一种难度不大，但效果显著的办法。

（三）毫米波频段移动通信系统

1.毫米波频段移动通信技术

毫米波频段移动通信技术也是一种适合于5G通信的射频技术，5G时代对于数据传输的首要要求就是快，而毫米波频段移动通信技术能够充分满足这一需求。所谓毫米波就是指电磁波的波长为毫米级，其频率在30-300GHz的范畴，这能够比以往低频段（3GHz以下）快10-100倍，一般来说30GHz-60GHz是5G通信中利用率最高的，在这一速度下用户不需要下载就能快速看电影、视频等，数据传输速度非常快。

2.毫米波频段移动通信的技术特点

毫米波频段移动通信技术具备数据传输速率快的特点，能够满足5G通信网络的数据传输要求，但也存在一定的缺陷，就是毫米波暴露于空气中其信号会逐渐衰竭，且毫米波的绕射能力也会不断减弱。也就是说空气中的各类物质能够干扰毫米波，影响毫米波信号的穿墙能力，毫米波的这一特性还有待进一步改进，这种技术目前不适合应用在露天基站，或手机WIFI的远距离传输。如果是在视野开阔的户外，一般还是采用6GHz以下的频段来有效保障通信信号的覆盖面。此外，毫米波的波长比较小，天线长度与波长为正比关系，所以在毫米波频段的5G通信网络中，所采用的天线其长度会明显小于常规天线。最后，毫米波通信技术的成本也比较低，控制功能的能耗也比较低，这是由于为了降低毫米波的成本，我国科研人员已经研发出了用于毫米波收发器的CMOS（互补金属氧化物半导体）包括PMOS管以及NMOS管所构成的集成电路芯片，这种芯片的能耗也比较低，能够降低成本，还能够构建数字模块。在基于毫米波频段技术的5G通信系统中，系统对于毫米波收发机芯片也有一定需求，CMOS芯片必须能够处理毫米级波段，而且具备一定的灵敏度要求。CMOS芯片不仅能够减少功耗的使用，还能够调整流量，对于毫米级波段也能够做出及时快速的响应，能够满足性能要求。

3.米波发射机的设计

毫米波发射机的设计需要从以下几个方面入手：

（1）发射功率

对于毫米波发射装置来说发射功率是要优先考虑的，毫米波发射装置前端设置的功放能够调节发射装置的功率。通过前端混频器、功放装置的共同作用下，毫米波收发装置的发射功率需要达到10dBm。

（2）发射杂散

发射杂散也是毫米波频段发射装置需要考虑的一个重要部分，在发射装置设计时，如果发射的杂散过大，就会影响数据信号的发射，还可能会对通信系统的其他装置带来一定影响，所以对于发射装置的发射杂散需要有严格的控制要求。发射杂散会受到毫米波频段发射装置前端射频接口的影响，所以在发射口的部分可以设置滤波器来控制发射杂散的问题。

（3）载波抑制

毫米波频段发射装置可能会出现载波泄露问题，这是因为发射装置本振泄露的原因所导致，实际上本振信号自身的空间干扰比较有效，本振泄露不会太明显，但会带来载波抑制的问题，对此，可以通过调制器装置基带直流偏移的方式，能够改善载波抑制问题。

（4）发射功率控制的范围

要想有效保证毫米波的传输效果，就需要能够对发射功率进行动态调控，可以通过装设衰减器的方式来实现。

（5）通道平坦度调整

毫米波频段信号传输的质量还会受到通道平坦度的影响，假如平坦度不理想，就可能导致信号失真。射频装置内部的结构特性以及电路方面都会对平坦度带来影响，所以在设计时要考虑电路的匹配度以及发射装置的内部结构，尤其是调制器基带能够满足5G通信下达到宽带需求。

（四）高密度网络技术

在5G系统之中，通信网络需要朝着多元化、综合化、智慧化以及宽带化的角度迈进。此外近年来涌现出了各类终端设备，而且在5G物联技术的要求下，大量终端设备被接入到通信网络之中，那么数据量势必会出现爆炸性的增长，在原本同一片区域内的移动数据量也会出现极速增加。这一发展趋势下，5G通信网络应当采用高密度网络技术，继而能够承载以往百倍、千倍的数据量。高密度网络需要在单位区域中布置大量的低功率小基站，低功率基站节点起码要是正常功率阶基站节点密度的至少10倍，通过密集的小功率基站扩大网络的覆盖面，使网络通信容量得到大幅度提升，且这种方式也利于进行业务分流，网络部署也更加灵活。前文提到毫米波的数据传输速度非常适合5G时代的需要，但是易衰减，影响穿透力，通过布置更加密集的小型低功率基站也能够有效改善此类问题。

（五）终端直通技术（D2D）

D2D技术就是在一定区域内的用户不需要经过基站传输而完成直接的通信，这种技术能够减少通信基站的数据处理压力。虽然每片区域都有通信基站覆盖，但是基站数据处理容量也是有一定限量的，在5G时代大量数据信息的情况下，基站的处理压力就会很大，而利用D2D技术使距离相近的用户之间直接通信，不需要经过基站就能够有效释放一定的压力，也使通信网络更加灵活。传统的通信网络是以基站为中心，但在加入D2D技术后，在一定区域内的不同终端就能够直接通信。因为处在同一片区域内，之间的距离较短，传输的通信信号质量也很好、传输速率也很快，基于这些优势，使D2D成了5G通信时代下的一个重要射频技术。而且在5G通信网络下，广泛分布了大量的终端设备，这也为D2D技术的应用打下了良好基础。

四、结束语

综上，通信技术从1G时代发展到如今的5G时代，每次技术升级都使通信传输速度、服务质量、业务功能等方面带来了质的飞跃。5G和4G时代相比，数据量呈现了爆炸式增长，涵盖的服务也更加多样化，这也对射频技术提出了更高要求，需要能够实现海量数据信息的高传输速率，能够承载大量的数据信息，本文就从这些角度出发，提出了同频全双工收发、大规模MIMO、毫米波频段通信、高密度网络等通信射频技术，这些技术的出现有效提高了5G通信网络的数据传输效率，但毕竟都属于新兴技术，应用的时间也不长，在实际应用中可能会出现一些问题，需要在应用的过程中持续改进、不断完善，助力5G通信在我国实现更好发展。