5G無線網(wǎng)絡綠色通信關鍵技術分析

趙子龍

摘要：5G技術的應用和發(fā)展必須要以綠色節(jié)能為核心，在網(wǎng)絡體系的建設上必須要堅持低能耗、高能效以及密集化的部署戰(zhàn)略。本文主要以5G無線網(wǎng)絡中的綠色通信技術為核心展開深入探討和分析。

關鍵詞：5G無線網(wǎng)絡;綠色通信技術;關鍵技術

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）06-0027-02

0 引言

目前4G移動通信技術在使用范圍上基本上實現(xiàn)了全覆蓋，4G通信技術在社會生產(chǎn)生活中扮演著十分重要的角色，隨著用戶對于信息傳遞速度和傳遞容量需求的不斷上升5G移動通信技術應運而生，與此同時我們正向著5G無線網(wǎng)絡時代邁進，關于5G無線網(wǎng)絡相關技術的研究成為目前移動信息網(wǎng)絡研究工作的重點之一[1]。本文首先對5G無線網(wǎng)絡進行簡要介紹，以5G無線網(wǎng)絡中的綠色通信技術為核心對其關鍵技術進行探討和分析，以期為相關技術工作人員提供關于5G無線網(wǎng)絡發(fā)展的新思路。

1 5G無線網(wǎng)絡基本介紹

1.1 5G無線網(wǎng)絡發(fā)展歷史

5G無線網(wǎng)絡能夠實現(xiàn)信號接收發(fā)送強度以及信息覆蓋范圍的擴大，提升用戶網(wǎng)絡參與體驗[2]?，F(xiàn)階段，第5代移動通信系統(tǒng)已經(jīng)受到了世界各國研究人員的關注，與此同時在5G通信技術發(fā)展上增加了低能耗以及低成本的綠色發(fā)展目標，如果實現(xiàn)5G技術的應用普及那么信息在傳輸過程中將進一步打破時間空間上的限制，提升用戶通信體驗，減少信號傳輸距離并提高網(wǎng)絡的互聯(lián)能力。但是需要指出的是結合當前的研究工作形式，針對5G無線網(wǎng)絡中的關鍵技術還需要進一步地進行完善才能夠達到網(wǎng)絡服務的基本質量要求。

1.2 5G無線網(wǎng)絡發(fā)展方向

在應用過程中要想達到5G無線網(wǎng)絡在信息傳遞質量以及傳遞速度上的需要，在通信技術的研究上應當從以下幾方面著手進行研究和突破：

（1）對超密集部署通信技術（UDN）的進一步研究。UDN技術在單位區(qū)域內(nèi)要想實現(xiàn)分流效率的提高，就需要增加基站以及信號節(jié)點的數(shù)量，提高頻譜的使用效率。（2）對頻譜使用范圍的進一步研究。現(xiàn)代化技術的發(fā)展會在一定程度上促進毫米波通訊技術的發(fā)展，毫米波通信技術難關的克服將在很大程度上提升5G通訊技術使用效率。另外5GHZ Wife作為5G通訊信號中的重要技術補充對于提高5G 通訊載頻寬度具有重要的意義。（3）對波形技術以及MIMO技術、SCAM技術的進一步研究。上述技術都是提高5G通信網(wǎng)絡傳輸速度的關鍵技術，是5G無線網(wǎng)絡實現(xiàn)飛躍式發(fā)展的重要基，目前在5G無線網(wǎng)絡中可以結合內(nèi)容分發(fā)技術提高緩存服務的質量，增強網(wǎng)絡服務的效果。

為適應業(yè)務場景的差異化要求，在關鍵能力指標方面，除了傳統(tǒng)的峰值速率、移動性、時延和頻譜效率之外，國際電信聯(lián)盟（ITU，International Telecommunication Union）為了保證對頻譜和能源的有效利用，5G的頻譜效率將比4G提高3～5倍，能效將比4G提升100倍。

2 5G無線網(wǎng)絡關鍵技術分析

2.1 5G無線網(wǎng)絡綠色通信技術的主要問題

綠色通訊技術的核心是在標準的能耗基礎上對信號傳輸效率的提升，是社會可持續(xù)發(fā)展理念中的重要內(nèi)容[3]。4G網(wǎng)絡在向5G網(wǎng)絡邁進中，限制5G無線網(wǎng)絡綠色通信技術形成的關鍵是RAN無線接入方式在消耗標準上還不能夠進行合理控制。實驗研究證明基站在無線接入網(wǎng)中占據(jù)四到七成的功率，因此在5G無線網(wǎng)絡綠色通信技術的建設中要想實現(xiàn)綠色化通信技術就必須要解決基站功耗超過實際標準的問題。除此之外還需要采取相應的輔助措施保證綠色通信技術的實現(xiàn)，例如對網(wǎng)絡級以及鏈路級等通信效率傳輸?shù)目刂频取?/p>

2.2 5G無線網(wǎng)絡綠色通信技術的關鍵

（1）在器件管理上的綠色節(jié)能。上文已經(jīng)闡述了基站在接入過程中產(chǎn)生的能耗是5G無線網(wǎng)絡中能耗最高的部分，因此應當在器件選擇上對其進行能耗控制處理。比如在基站業(yè)務調配方式的確定上要對使用強度進行合理控制，由于能耗的主要來源是功率放大器在工作過程中產(chǎn)生的消耗，因此要對功率放大器進行改進和升級，優(yōu)先考慮動態(tài)功率放大器，這樣能夠降低至少一半以上的基站能耗量。再比如在對基站工作闡述的設置上同樣也能夠降低基站的基本能耗[4]。（2）在鏈路層的綠色通訊處理。盡管鏈路層上的能耗相對于基站能耗要明顯降低，但是基于5G無線網(wǎng)絡建設的綠色通信理念，在5G無線網(wǎng)絡的鏈路層通訊上也要充分關注鏈路的能耗。由于鏈路層基站射頻的能耗數(shù)值相對較高，同時基站的傳輸速度更影響著基站對能量的最終使用效果，因此在鏈路層建設中要重點提高臉露出的傳輸速度，同時采取保護措施降低傳輸過程中產(chǎn)生的損耗。（3）在網(wǎng)絡層的綠色節(jié)能處理。對于5G無線網(wǎng)絡層的綠色通信節(jié)能技術的處理必須要以鏈路層的節(jié)能處理為基礎，在網(wǎng)絡層中增加異構無線通訊網(wǎng)絡以及通信社區(qū)小站，以密集部署的方式減少各個節(jié)點之間的無線傳輸距離，從而達到降低基站最終能耗的目標。對于網(wǎng)絡層進行綠色節(jié)能技術處理關鍵還能夠提升網(wǎng)絡信號傳輸?shù)乃俣?，提高網(wǎng)絡信號傳輸?shù)臄?shù)據(jù)容量。

3 5G無線網(wǎng)絡綠色通訊的具體實施技術

3.1 自組織網(wǎng)絡通訊技術

目前國內(nèi)4G通信網(wǎng)絡技術在對網(wǎng)絡層次進行維護和部署的過程中都是建立在人工的基礎上，這樣的工作方式會導致技術實施成本迅速上升，同時在網(wǎng)絡信息傳輸效果上也存在十分明顯的局限性，顯然人工布局的網(wǎng)絡通信方式已經(jīng)達不到5G無線網(wǎng)絡在信息傳輸速度上的基本要求，對此應當建立自組織網(wǎng)絡體系，以自組織網(wǎng)絡技術為基礎運行并維護5G無線網(wǎng)絡。在5G無線網(wǎng)絡綠色通信技術建設的過程中自組織網(wǎng)絡技術最關鍵的優(yōu)勢就是能夠實現(xiàn)對傳統(tǒng)人工組織方式缺點的優(yōu)化，在智能化的運維以及部署過程中具有更高的效率和精準度。不過需要指出的是當前國內(nèi)在自組織網(wǎng)絡技術的研究上還存在很多不足之處，還不能夠實現(xiàn)通信網(wǎng)絡部署的全面智能化，究其原因是在網(wǎng)絡部署的過程中在自配置以及自愈合等方面還存在技術上的難點[5]?，F(xiàn)階段國內(nèi)自組織網(wǎng)絡體系主要有分布式自組織網(wǎng)絡、集中式自組織網(wǎng)絡和混合式自組織網(wǎng)絡，三種體系在應用過程中都具有明顯的局限性，在各種形式中SON分布式自組織網(wǎng)絡體系的傳輸效果相對較好，并且在使用上具有良好的獨立性，其主要缺點是在體系協(xié)調上還存在一定的局限。

3.2 密集異構網(wǎng)絡技術

現(xiàn)階段針對5G無線網(wǎng)絡綠色通信技術的研究中關于密集異構技術的研究已經(jīng)成為公認的實現(xiàn)綠色通信的核心技術，其主要原因是要想實現(xiàn)5G無線網(wǎng)絡的綠色通信就要保證信號傳輸流量能在現(xiàn)有基礎上增加一千倍，實現(xiàn)上述目標最直接的措施就是降低小區(qū)半徑從而降低網(wǎng)絡體系中的功率節(jié)點綜述。未來的5G無線網(wǎng)絡建設中無線節(jié)點將會增加到現(xiàn)有數(shù)量的十倍以上，將成為支撐5G無線網(wǎng)絡綠色通信的關鍵。密集異構網(wǎng)絡技術能夠根據(jù)用戶的基本數(shù)量標準來確定網(wǎng)絡中的站點數(shù)量，通過二者之間的一一對應從而達到保證5G無線網(wǎng)絡服務質量的目標。建立密集異構技術是實現(xiàn)綠色通信的關鍵技術，同時更面臨著復雜的網(wǎng)絡拓撲結構問題，在目前的技術環(huán)境下還不能夠實現(xiàn)和傳統(tǒng)移動通信系統(tǒng)的充分融合，日后的研究工作將以此為重點。除此之外密集異構技術的另外一項技術難點就是結構中的同頻干擾現(xiàn)象，在目前通信系統(tǒng)網(wǎng)絡中還能夠對這種干擾進行高效的抵御，只能采取單獨處理的基礎手段，這種處理方法并不能夠滿足5G無線網(wǎng)絡通信的基本要求，為了保證網(wǎng)絡中不同業(yè)務的正常進行就必須要進行網(wǎng)絡內(nèi)部協(xié)調，通過對周圍節(jié)點的感知完善對網(wǎng)絡體系的動態(tài)化部署。

3.3 內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡通信技術

通過對目前5G無線網(wǎng)絡通信技術的綜合和分析發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術可以成功地干預5G時代的生產(chǎn)生活。隨著社會各領域對于多媒體等業(yè)務需求的不算增加，網(wǎng)絡流量將會呈現(xiàn)出高速增長的趨勢，目前的網(wǎng)絡擁堵問題就是典型特征。網(wǎng)絡擁堵在很大程度上影響了用戶的網(wǎng)絡活動體驗，要想充分地解決上述問題就必須要開發(fā)和使用內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡技術。該項技術的核心就是在傳輸網(wǎng)絡層中通過層次的增加來構建虛擬網(wǎng)絡體系，這樣用戶就能夠在最近的服務器上獲得目標內(nèi)容，從而避免網(wǎng)絡延時問題的形成，提高信息傳輸?shù)男屎退俣取?/p>

3.4 D2D網(wǎng)絡通信技術

5G無線網(wǎng)絡綠色通信技術的發(fā)展需要保證足夠的網(wǎng)絡容量和頻譜效率等級，對此就需要對當前的通信模式進行升級從而豐富用戶的使用體驗。D2D網(wǎng)絡通信技術是建立在蜂窩系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸技術基礎上的一種新型技術，能夠實現(xiàn)數(shù)據(jù)跳過基站轉發(fā)環(huán)節(jié)直接在終端上進行傳輸。D2D網(wǎng)絡通信技術需要特定的控制信令，包括無線資源調配、計算和識別等。D2D網(wǎng)絡通信技術的應用能夠在很大程度上降低信號傳輸?shù)膶嵺`同時減少基站在這個過程中承擔的工作壓力，一旦無線通信設施出現(xiàn)破壞完全可以借助D2D網(wǎng)絡通信技術在終端上進行通信傳輸。

4 結語

5G技術的應用和發(fā)展必須要以綠色節(jié)能為核心，在網(wǎng)絡體系的建設上必須要堅持低能耗、高能效以及密集化的部署戰(zhàn)略，對此可以在自組織網(wǎng)絡通訊技術、密集異構網(wǎng)絡技術、內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡通信技術以及D2D網(wǎng)絡通信技術等方面展開深入的研究和探討從而促進5G無線網(wǎng)絡綠色通信技術的實現(xiàn)。

參考文獻

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Analysis on Key Technologies of Green Communication in 5G Wireless Network

ZHAO Zi-long

（Guangdong Southern Telecom Planning and Consulting Design Institute Co.， Ltd. ， Shenzhen Guangdong? 518038）

Abstract：The application and development of 5G technology must take green energy conservation as the core， and the construction of network system must adhere to the strategy of low energy consumption， high energy efficiency and intensive deployment. In this paper green communication technology in 5G wireless network is the core of in-depth discussion and analysis.

Key words：5G wireless network; green communication technology; the key technology