淺談5G移動(dòng)通信的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架與關(guān)鍵技術(shù)

葛明 王璟瑞 張主杰 李志

摘要：近年來(lái)，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，促進(jìn)我國(guó)科技水平的提升。在科學(xué)技術(shù)發(fā)展和信息技術(shù)進(jìn)步之下，移動(dòng)通信技術(shù)已經(jīng)從傳統(tǒng)的2G開始，經(jīng)歷了3G，一直到目前的4G移動(dòng)通信時(shí)代。在信息技術(shù)發(fā)展下，5G成為移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)未來(lái)發(fā)展的主要趨勢(shì)，其能夠滿足更多用戶高速和海量的通信要求，對(duì)當(dāng)前的通信與獲取信息方式進(jìn)行改革與創(chuàng)新。本文就5G移動(dòng)通信的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架與關(guān)鍵技術(shù)展開探討。

關(guān)鍵詞：5G移動(dòng)通信;網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架;關(guān)鍵技術(shù)

1、5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特點(diǎn)

第一，5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)在更加注重用戶的體驗(yàn)，并且能夠最大限度的擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。從3G發(fā)展成為4G，再由4G發(fā)展成為5G，突破了一個(gè)又一個(gè)限制。使得用戶不管位于何處，都能夠隨時(shí)隨地的鏈接上高速的網(wǎng)絡(luò)。第二，用戶在運(yùn)用5G技術(shù)的時(shí)候，還能夠在某種程度上有效的降低能耗。同4G技術(shù)相比，5G技術(shù)在能源消耗方面實(shí)現(xiàn)了大幅度的降低。因此具有十分重要的積極影響。第三，5G技術(shù)還具有熱點(diǎn)高容量的特點(diǎn)，用戶在使用4G技術(shù)的過(guò)程中，如果用戶的數(shù)量達(dá)到一定的程度，就會(huì)使得傳輸速度變得越來(lái)越慢。但是5G技術(shù)很好的突破了4G技術(shù)所具有的局限性，使得以上問題能夠迎刃而解。

2、5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分析

（1）核心網(wǎng)。對(duì)于5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，核心網(wǎng)的變革主要是由軟件定義網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化所驅(qū)動(dòng)的，我們還可以將其稱為“云網(wǎng)絡(luò)”，其中主要存在著以下兩個(gè)特點(diǎn)，首先就是物理硬件和邏輯分析，網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化作為軟件定義網(wǎng)絡(luò)的一種補(bǔ)充性技術(shù)，其屬于一種全新的由建立端到端網(wǎng)絡(luò)的方式;第二點(diǎn)就是控制和轉(zhuǎn)發(fā)分離發(fā)展，相比較于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系，SDN有著極大的不同。就傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系來(lái)說(shuō)，其轉(zhuǎn)發(fā)和控制是一體的，而SDN則是可以實(shí)現(xiàn)分離，最終達(dá)成資源合理分配的目的。（2）接入網(wǎng)。首先就是多種接入技術(shù)的融合，這種方式具體針對(duì)WIFI、2G、3G以及4G等接入方式，且通過(guò)單一無(wú)線控制器接入。除此之外，這樣還會(huì)形成云計(jì)算構(gòu)架、集中化處理構(gòu)架等。然后就是通過(guò)基站來(lái)合理的分配虛擬資源。在基站部署基礎(chǔ)上，SDR會(huì)進(jìn)行系帶處理，同時(shí)還會(huì)轉(zhuǎn)變至實(shí)時(shí)云架構(gòu)虛擬化基站。之后就是信息邊緣的投遞和緩存，傳統(tǒng)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的信息分發(fā)功能和儲(chǔ)存功能會(huì)直接轉(zhuǎn)移至接入網(wǎng)中，同時(shí)結(jié)合不同用戶的需求來(lái)推送相關(guān)信息，這樣能夠極大的提升用戶體驗(yàn)。最后就是進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸路徑的優(yōu)化，并且促使數(shù)據(jù)平面朝著扁平化的方向不斷的發(fā)展。就網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景部署來(lái)說(shuō)，其具體可以分為室外和室內(nèi)這兩種，相比較于之前的移動(dòng)通信，5G網(wǎng)絡(luò)空口技術(shù)主要可以提供高低頻以及4G演進(jìn)空口等形式，同時(shí)其還具備著場(chǎng)景針對(duì)性覆蓋這一特點(diǎn)。就室內(nèi)場(chǎng)景部署來(lái)說(shuō)，因?yàn)榇蟛糠謽I(yè)務(wù)流量都產(chǎn)生于室內(nèi)，所以運(yùn)營(yíng)商必須得加強(qiáng)重視這方面的問題，而對(duì)于一些比較小的熱點(diǎn)區(qū)域，則是可以通過(guò)小基站室外覆蓋室內(nèi)等方法。而對(duì)于一些比較大型的室內(nèi)覆蓋來(lái)說(shuō)，一般都是應(yīng)用分布式天線系統(tǒng)。然后就是室外場(chǎng)景部署，我們可以通過(guò)SmallCell以及分布式基站等方面來(lái)操作。不過(guò)在SmallCell的應(yīng)用過(guò)程中，還得部署一定的虛擬蜂窩，只有這樣才能夠更好的保證室外數(shù)據(jù)傳輸速率以及覆蓋率。

3、5G移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在通信網(wǎng)絡(luò)中占據(jù)重要地位，其能夠在確保信息傳遞速度的前提下，促使通信系統(tǒng)存儲(chǔ)、容納更多的信息。就超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用而言，其功能的實(shí)現(xiàn)主要是通過(guò)控制網(wǎng)絡(luò)終端與基站之間距離，使之調(diào)整到合適距離，滿足信息運(yùn)行的需求。但是，這一技術(shù)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中極易受到干擾問題。此時(shí)，應(yīng)以結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)為主要切入點(diǎn)，通過(guò)調(diào)整節(jié)點(diǎn)距離改變結(jié)構(gòu)形狀，促使其轉(zhuǎn)變?yōu)楫愋徒Y(jié)構(gòu)，進(jìn)而提升抗干擾能力。此外，該技術(shù)實(shí)際應(yīng)用中，由于空間會(huì)隨時(shí)發(fā)生變化，導(dǎo)致技術(shù)本身所具有的優(yōu)勢(shì)隨之降低。若想提升5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量及性能，應(yīng)提高其應(yīng)對(duì)能力。

3.2 大規(guī)模MIMO技術(shù)

這項(xiàng)技術(shù)其實(shí)是MIMO技術(shù)的一種升級(jí)版，其原理主要就是發(fā)射基站中的無(wú)線通信系統(tǒng)獨(dú)立的進(jìn)行信息發(fā)送，然后同時(shí)進(jìn)行信號(hào)的接受，并且還能夠很好的進(jìn)行信息復(fù)原。而傳統(tǒng)通信方式具體是通過(guò)手機(jī)單天線和基站進(jìn)行傳播的。規(guī)模比較大的天線陣列所應(yīng)用的原理主要就是多用戶波束成形，這也就是說(shuō)如果基站具備著很多天線，那其便能夠自動(dòng)找尋到最好的接受位置，實(shí)現(xiàn)提升增強(qiáng)接受信號(hào)的目的。

3.3 自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

這項(xiàng)技術(shù)是通信智能化發(fā)展的產(chǎn)物，在通信技術(shù)使用水平越高的情況下，這項(xiàng)技術(shù)實(shí)用性就愈強(qiáng)。經(jīng)過(guò)對(duì)自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的運(yùn)用，可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化。在用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求更高之下，可以把這項(xiàng)技術(shù)直接使用在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中，促使網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)恢復(fù)。在恢復(fù)時(shí)，還能夠?qū)ψ约旱慕Y(jié)構(gòu)與形式加以優(yōu)化，讓網(wǎng)絡(luò)更加符合技術(shù)發(fā)展需求。在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，這項(xiàng)智能化的技術(shù)自動(dòng)化水平很高，可以對(duì)故障進(jìn)行檢測(cè)。若是網(wǎng)絡(luò)在運(yùn)行中有故障與問題出現(xiàn)，則自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)還可以在故障初期階段中及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。將這項(xiàng)技術(shù)使用在5G通信網(wǎng)絡(luò)中，可以提升網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行穩(wěn)定性，為用戶提供更穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，同時(shí)也促使5G通信的智能化發(fā)展。

3.4 多址接入技術(shù)

這項(xiàng)技術(shù)是每一代移動(dòng)通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)，將其合理的應(yīng)用到4G中則是能夠很好的增加移動(dòng)通信系統(tǒng)容量，并且消除信號(hào)干擾。而在5G中，為了更好的提升系統(tǒng)頻譜效率，降低時(shí)延，具體可以合理的應(yīng)用OFDMA，同時(shí)還需要搭配MUSA、SCMA、NOMA等新型的多址技術(shù)。其中的MUSA比較適合免調(diào)度多用戶共享接入，有助于“萬(wàn)物互聯(lián)”這一要求的實(shí)現(xiàn);而SCMA則是直接將簽名和QAM調(diào)制傳輸過(guò)程轉(zhuǎn)變成為特定的多維碼字，之后再通過(guò)稀疏的方式合理的進(jìn)行傳播，其最為主要的目的還是提升系統(tǒng)的過(guò)載率。NOMA這種新型的多址技術(shù)主要就是通過(guò)增加接收端的復(fù)雜程度當(dāng)代價(jià)來(lái)提升頻譜利用率，其一方面會(huì)在用戶接收端通過(guò)相關(guān)技術(shù)檢測(cè)多用戶，而另一方面又會(huì)在發(fā)送端應(yīng)用功率復(fù)用技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)會(huì)隨著設(shè)備計(jì)算能力不斷的提升而顯得愈發(fā)的可行。這幾種技術(shù)都各有優(yōu)缺點(diǎn)，如果能夠真正的落實(shí)到5G移動(dòng)通信系統(tǒng)中，那必定能夠促使無(wú)線接入技術(shù)進(jìn)入一個(gè)全新的高度。

3.5 D2D通信技術(shù)

D2D通信技術(shù)是5G移動(dòng)通信技術(shù)中設(shè)備的通信，為解決因蜂窩網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸造成的流量大面積增長(zhǎng)問題而提出。該技術(shù)具有通信距離遠(yuǎn)、技術(shù)消耗少、應(yīng)用穩(wěn)定等特點(diǎn)，并且具有極強(qiáng)的通信效率。因此，應(yīng)深入研究D2D通信技術(shù)，促進(jìn)5G移動(dòng)通信技術(shù)的成熟化發(fā)展。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，5G是人類通信技術(shù)一次重大的飛躍，雖然當(dāng)前其研究成果還沒有投入使用，不過(guò)5G發(fā)展前景依舊非常的廣闊，世界各國(guó)對(duì)其都有著很大的期待。我國(guó)對(duì)于這方面也是積極的開展了各項(xiàng)研究工作，并且在無(wú)線傳輸關(guān)鍵技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)體系等方面取得了較為理想的成績(jī)，不過(guò)依舊還存在著很多問題沒有解決。而加強(qiáng)5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架和關(guān)鍵技術(shù)的分析對(duì)于5G未來(lái)的發(fā)展來(lái)說(shuō)意義重大，所以相關(guān)技術(shù)人員必須得對(duì)其加強(qiáng)重視，并且不斷的進(jìn)行嘗試和探索，只有這樣才能夠更早的迎來(lái)5G時(shí)代。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司）