關(guān)于5G 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)演進及關(guān)鍵技術(shù)分析

曹廣濤

（北京中網(wǎng)華通設(shè)計咨詢有限公司，北京 100000）

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)水平的不斷提高為移動通信的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)，移動信息網(wǎng)絡(luò)在發(fā)展進程中不斷完善，5G 網(wǎng)絡(luò)勢必會在不久后進行全面的應(yīng)用，5G 網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)下的無線通信技術(shù)的一次融合，其主要目標(biāo)是為用戶帶去更大的容量、更高運轉(zhuǎn)速率的系統(tǒng)、更低系統(tǒng)時延以及更高可靠性的連接，實現(xiàn)在移動互聯(lián)網(wǎng)以及物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的多元互聯(lián)，這也表明了我國的通信技術(shù)翻開了嶄新的一篇。

1 5G 網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展分析

由第五代移動通信技術(shù)組建的5G 通信，是面向未來發(fā)展的新一代通信系統(tǒng)，5G 通信已經(jīng)成為當(dāng)今人們的關(guān)注熱點，并且引起了國內(nèi)外眾多學(xué)者的高度關(guān)注以及廣泛討論。5G 通信的核心驅(qū)動力是互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，它實現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)以及物聯(lián)網(wǎng)運行人機數(shù)據(jù)的有效共享，早已成為了人們?nèi)粘Ｉ钪胁荒苋鄙俚闹饕M成部分，打造高效便捷的生活是5G 通信技術(shù)發(fā)展的重要目標(biāo)。從理論上來講5G 通信的速度是4G 通信速度的一千倍左右，而且它還可以支持多種設(shè)備之間的互聯(lián)，例如：移動手機、平板電腦以及VR 等電子設(shè)備。依據(jù)有關(guān)機構(gòu)的預(yù)測表明截止到2020年，全球的通信設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)510億部的突破，所以，這對于移動通信多元化的發(fā)展，對于通信系統(tǒng)的覆蓋面積以及其安全行能提出了更進一步的要求，如何實現(xiàn)能耗最小化、網(wǎng)絡(luò)延時最低化和數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呙芏然?G 發(fā)展的主方向[2]。從整體情況來看，相比于4G 時代以南北方向流量為主要的流量形式，5G 時代無線以及核心網(wǎng)部分的云端化，為承載網(wǎng)部分提供了任意流向相對比較復(fù)雜的連接，包括一個基站到另一個基站間、基站到不同層的子系統(tǒng)內(nèi)的核心網(wǎng)部分之間和各個不同層的核心網(wǎng)部分間，流量的備份以及負載分擔(dān)等等。這也要求承載網(wǎng)可以提供靈活性較強的三層連接、可以滿足流量就近轉(zhuǎn)發(fā)、節(jié)省傳輸所需資源和確保最優(yōu)體驗等有關(guān)要求。

2 5G 網(wǎng)絡(luò)的部分關(guān)鍵技術(shù)分析

第一，多入多出的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，換言之就是大規(guī)模多天線技術(shù)。這一概念的產(chǎn)生是由美國貝爾實驗室的托馬斯在2010年首次提出，其主要是指基站配備數(shù)量遠高于終端天線的數(shù)目，移動終端采取單天線接收信息的通信方法。天線數(shù)量的增多，可以確保鏈路頻譜效率的使用效率的提高和傳輸?shù)姆€(wěn)定性。大規(guī)模多天線技術(shù)具有以下幾點優(yōu)勢：一是天線的增長能夠讓能量微小的波束匯聚在一塊小區(qū)域內(nèi)，具備相對較高的空間分辨率，可以增加系統(tǒng)的容量；二是天線數(shù)量的增多使得每個信號通路表現(xiàn)出漸進式的正交特點，用戶之間的相互干擾可以獲得有效的解決；三是多天線其自身具很大的陣列增益性，能夠很好的提升用戶信號通路的信噪比，讓系統(tǒng)調(diào)度得到明顯的優(yōu)化。當(dāng)下大規(guī)模的多天線技術(shù)也面對著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，天線數(shù)量的加大會造成收發(fā)機對于波束矩陣的計算難度的不斷增加，其計算處理時間與成本投入問題也不容小覷。信號通路估計以及反饋的復(fù)雜程度與自身局限性也是增多天線數(shù)目所面對的艱巨挑戰(zhàn)之一。雖然大規(guī)模多天線技術(shù)仍有很多待于解決的問題，但不得不承認的是，伴隨著對該技術(shù)的深入研究以及持續(xù)性的發(fā)展，在5G 通信網(wǎng)絡(luò)中會體現(xiàn)其更大的使用價值。

第二，高電磁波頻率范圍通信技術(shù)，也就是高頻段通信技術(shù)。當(dāng)下的移動通信系統(tǒng)主要的工作范圍是近于3吉赫以下的低頻段，伴隨著信息數(shù)據(jù)的海量增加以及使用用戶的增長，頻譜資源會變得十分緊張。而在低頻段以上的高頻段頻譜資源是相對比較豐富，如果可以對這一頻段的頻譜資源實現(xiàn)有效利用，那么頻譜資源緊張的問題會得到一定緩解。目前階段移動通信產(chǎn)業(yè)研究的主攻方向是更高頻段，毫米波使其研究重點，通過對其的深入有效研究，希望可以進一步解決頻譜資源稀缺的問題。目前高頻段通信技術(shù)早已在軍工項目、醫(yī)學(xué)醫(yī)療科研以及其他領(lǐng)域中應(yīng)用，但是在移動通信領(lǐng)域的應(yīng)用依舊處于研究的攻堅階段。高頻段通信具備以下優(yōu)點：一是有效利用頻寬高，可以為頻譜資源缺少問題提供相應(yīng)的解決方案；二是毫米波的器件的尺寸要低于微波元器件的尺寸，毫米波系統(tǒng)的設(shè)備以及天線更易于小型化；三是天線增益相對較高；四是波束較窄，在天線尺寸相同這一條件下，毫米波的波束對于微波的波束而言要窄很多，從而可以具有更高的精度。

3 結(jié)束語

5G 網(wǎng)絡(luò)是4G 網(wǎng)絡(luò)的進一步發(fā)展，具有寬闊的發(fā)展前景，將在多項技術(shù)和不同領(lǐng)域內(nèi)進行有效融合和創(chuàng)新，進而發(fā)展成具有性能更強、體驗效果更好的新一代移動通信網(wǎng)絡(luò)。隨著時間的不斷推進，我相信5G 網(wǎng)絡(luò)會更好的滿足用戶需求，推動移動通信網(wǎng)絡(luò)向著更高層次發(fā)展。