5G通信信號處理系統的設計及發展方向

周宇，周進

中國信息通信研究院西部分院（重慶信息通信研究院），重慶，400000

0 引言

社會發展中，人們對通信的依賴性逐漸增強，以5G通信信號處理系統為例，其設計質量受到廣泛關注。在實際應用過程中，“5G天線”等技術的使用，進一步提升了通信質量與速度，但是，在發展過程中，它也面臨著很大挑戰，主要表現在通信設備設計難度的增加。

1 5G通信信號處理系統的硬件構成

2 5G通信信號處理系統的設計

2.1 設計發射通道

設計發射通道時，要綜合考慮不同因素的影響，從本質上講，發射通道設計目標是為調制系統提供便利，它是在“基帶發生器”模塊下進行，可以促進基帶信號更具可靠性和安全性。在這個過程中，還能安全發送“RF源調制”電路載波，讓其轉化成相應的“數字調制信號”，通常來說，范圍為400～6000MHz，只有這樣，才能確保5G通信信號朝著高速發射方向進行，滿足用戶各項使用需求[3]。

圖1 發射通道示意圖

除此之外，對于發射通道，在設計過程中，還應把調制器“RF”輸出端口當作“400～6000MHz”間的“下行”調制信號，將“數字穩幅電路”與“多波段射頻濾波器組”當作對應的媒介，促進信號輸送更加“快捷”“安全”和“高效”，滿足天線實際要求。由此可見，實現寬帶“IQ調制器”的有效應用，既可以實現信號的有效調制，又能將系統發射通道功率控制在合理范圍內，以大容量“接口”，促進射頻調制信號輸出朝著高速化發展，確保各類數據信號傳輸更加有效和便捷[5]。

2.2 物理層安全信號強化技術設計

在物理層安全信號設計過程中，信道預判和數據發射兩個階段尤其重要。設計5G通信信號處理系統時，技術人員應格外關注。一方面，以數據發射階段為例，要想增強安全性，就要對配置進行優化，將系統內數據流進行有效整合，實現信息的高效傳遞，最終形成“波束賦形”。這類數據經過矩陣進行處理后就可以轉化為發射信號，以天線為載體，再轉化成“預編碼”，這樣可以使得“波束賦形”更具便捷性與可行性，實現了信號的安全設計目標。為了確保信號安全，使得“信號監聽”可能性得以降低，防止監聽者獲取有效信號，通常需要在信號中加入“人工噪聲”，此種設計可以達到良好的“防監聽”效果。同時，這類方式會干擾信號“接收端”和“發射端”，進而對通信系統用戶實際使用造成不良影響。針對此類缺陷，在設計過程中，就要利用“zf預編碼技術”，處理人工噪聲，再添加至“發送端”，進一步削弱“信息通信用戶”干擾，達到“監聽”干擾效果。利用人工噪聲，可能會導致“信號監聽信道”出現惡化，然而，若是發射機功率有限，利用“人工噪聲”，在某種程度上可以將“數據信號發射功率”減少，促使期望用戶“SINR”降低。在此基礎上，想要確保“人工噪聲”和“數據信號”間的數據信號得到合理配置，就要將“通信信號處理系統”安全速率性能加以提升[6]。

另一方面，在信道預判階段，“劃分訓練過程”有很多環節，只有明確了“導頻序列”，才能發射信號。對于信號“接收端”，一開始會收到“正確校正信號”，并且重新開展新的“導頻序列”發射，這時候，人工噪聲不會使得“導頻序列”造成太大影響，赴信號監聽則會產生明顯影響。接收端完成信道預判后，還要朝“發射端”反饋相應的“預判信息”，等到“發射端”將反饋結果加以整合后，可以確保“CSI”更具精確性。一般情況下，“預測精度”和“導頻序列長度”之間為“正相關”，同時將“人工噪聲”和“導頻信號”發射，能夠得到良好的“反饋結果”。采用這種方式，可以在“低導頻功率”背景下，進行重復校正，提升“CSI”精確度，進而將“人工噪聲”投入精度加以提升，防止傳輸過程中，對“正常信號”產生負面作用，且面對監聽信號，也能實現有效干擾。

以上“重復校正”和“反饋”方案，具有一定的可行性。但是需要重復進行相應的“校正”和“反饋”動作，對于資源的投入，存在重復特征，既影響通信質量，還不利于通信效率的提升。因此，就要通過“導頻雙向校正”的設計方式，將“接收端”引入“信號校正”中，促進信號“雙向校正”，使得工作更具高效性[7]。

2.3 設計獨立本振模塊

圖2 獨立本振設計示意圖

2.4 設計接收通道

在5G通信信號處理系統中，高速數據接收通道有著不可替代性，設計主要目標就是促進射頻信號能夠有序變頻，實現射頻信號和“中頻頻率”的有機融合，這樣不僅能夠提升系統本身的信號分析處理能力，還能強化“寬帶”中頻處理功能。具體設計時，要在系統中加入“程控步進衰減器”和“低噪聲放大器”，這樣可以獲得良好效果，重點體現在兩個方面：一方面，將系統自身小信號接收“靈敏度”增強；另一方面，實現信號電平“衰減量”的有效調節，促進數據接收通道設計更加科學，確保后端電路處理標準與實際設計相適應。如果5G通信數據利用“低通濾波器”，這時濾波器就會自動過濾，將超過測量頻率范圍之外的信號有效過濾，避免這類信號對系統運行造成不良影響，最終提升系統安全性與可靠性。

3 5G通信信號處理系統設計的未來發展方向

在5G通信信號處理系統的設計過程中，未來發展方向可以從兩個方面進行。

（1）推進數字信號處理技術與微處理器的有機融合。5G通信中，數字信號處理技術的實現，是在“設備載體”基礎上開展的，能夠確保操作更具多元化特征，對于搭載的設備，要具備“普適性”，這樣面對不同操作工序，就可以設定對應的“執行命令”，從而實現處理精度的提升。5G通信網絡中，“微處理器”發揮著重要作用，相對于傳統“中央處理器”，優勢明顯，表現為傳輸快、體積小。5G通信信號處理系統的未來設計，如果實現了數字信號處理技術與微處理器的結合，則可應用“微處理器”的集成操作相關功能，對指令進行邏輯化“操控”。同時，數字信號處理還能將“微處理器”的缺陷進行補充，從而有效利用“微處理器組件”，促進“多點操控”，將5G通信信號處理系統設計成本降低。

（2）促進內核結構優化。在5G通信信號處理系統設計過程中，數字信號處理器對網絡通信非常重要，影響著信號的效率和功能，在數據信息處理中，實現“多節點”，則能符合通信網絡實際處理要求。因此，未來發展就要將“承接技術運行載體”進行多結構優化，這樣設備在單指令操控下，就可以對“多節點數據”進行同步處理，該目標的實現，不僅可以管控運營成本，還能將網絡運行質量提升。

4 結語

綜上所述，想要從根源上提升5G通信信號處理系統的設計水平和質量，相關人員就要樹立現代化思想，對5G通信技術進行正確認識和了解，理解其對社會發展的重要性，通過對5G通信信號處理系統設計進行重點研究和探索，實現系統設計朝著科學化和時代化方向的發展，進一步強化5G通信信號處理系統的設計功能，在提升其自身競爭力的同時，還能滿足人類社會對5G技術的發展要求，促進經濟與社會效益的有機統一。