5G通信課程研究

文/孫鵬嬌，吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院

1 5G通信課程研究的背景

第五代移動通信已經(jīng)到來。5G不僅僅是4G的演進(jìn)，更有革命性新技術(shù)。以設(shè)備為中心的架構(gòu)、毫米波、大規(guī)模MIMO、更智能化終端、機器間通信，這五種創(chuàng)新技術(shù)會使5G通信系統(tǒng)發(fā)生巨大性變化。高職院校如何根據(jù)5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)設(shè)置課程？這是我們需要調(diào)查和研究亟待解決的問題。

1.1 國外5G發(fā)展情況

據(jù)《連線》雜志報道，美國運營商努力在2020年開通5G通信系統(tǒng)。愛立信估計，到2021年，全球?qū)⒂兄辽?.5億活躍5G用戶。5G大規(guī)模可用后，用戶體驗的不僅僅是連接速度的提高。系統(tǒng)有能力支持各種連接設(shè)備，從生物特征跟蹤器、增強移動、虛擬現(xiàn)實到無人駕駛，5G通信系統(tǒng)給需要通信的人與物提供各種解決方案。

1.2 國內(nèi)5G發(fā)展情況

我國政府高度重視信息通信技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用，不斷深化移動通信規(guī)模應(yīng)用，推動信息通信技術(shù)向消費和生產(chǎn)領(lǐng)域滲透，同時不斷加快技術(shù)創(chuàng)新，積極推動5G發(fā)展。工信部信息通信發(fā)展司2019年在GTI國際產(chǎn)業(yè)峰會中對產(chǎn)業(yè)界提出三點的倡議分別是：加快5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，推動5G融合應(yīng)用以及深化國際合作。

2 專業(yè)技術(shù)課程更新內(nèi)容

5G演進(jìn)的同時，LTE本身也還在不斷進(jìn)化，5G不可避免地要利用目前用在4G-LTE上的先進(jìn)技術(shù)，如載波聚合、MIMO、非共享頻譜等。這包括眾多成熟的通信技術(shù)：

2.1 先進(jìn)的新型無線技術(shù)

1）大規(guī)模MIMO：從目前的理論來看，5GNR可以在基站端使用最多256根天線，而通過天線的二維排布，可以實現(xiàn)3D波束成型，從而提高信道容量和覆蓋。

2）毫米波：全新5G技術(shù)正首次將頻率大于24GHz以上頻段應(yīng)用于移動寬帶通信。毫米波的利用并非易事，使用毫米波頻段傳輸更容易造成路徑受阻與損耗。

3）頻譜共享：用共享頻譜和非授權(quán)頻譜，可將5G擴展到多個維度，實現(xiàn)更大容量、使用更多頻譜、支持新的部署場景。這不僅將使擁有授權(quán)頻譜的移動運營商受益，而且會為沒有授權(quán)頻譜的廠商創(chuàng)造機會，讓有線運營商、企業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)垂直行業(yè)也能夠充分利用5G NR技術(shù)。

2.2 先進(jìn)的信道編碼設(shè)計：5G系統(tǒng)，引入了LDPC以及Polar編碼，可以更接近編碼極限。LDPC的傳輸效率遠(yuǎn)超LTE的Turbo碼，且易平行化的解碼設(shè)計，能以低復(fù)雜度和低時延，擴展達(dá)到更高的傳輸速率。在5G的R15規(guī)范中，業(yè)務(wù)信道采用了LDPC編碼，控制信道采用了Polar編碼。

2.3 超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)切換算法：5G網(wǎng)絡(luò)是一個超復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，5 G網(wǎng)絡(luò)需要采用一系列措施來保障系統(tǒng)性能，不同業(yè)務(wù)在網(wǎng)絡(luò)中的實現(xiàn)、各種節(jié)點間的協(xié)調(diào)方案、網(wǎng)絡(luò)的選擇以及節(jié)能配置方法等。為了滿足移動性需求，這就需要新的切換算法。

2.4 網(wǎng)絡(luò)的自組織：自組織的網(wǎng)絡(luò)是5G的重要技術(shù)，包括有：網(wǎng)絡(luò)部署階段的自規(guī)劃和自配置；網(wǎng)絡(luò)維護(hù)階段的自優(yōu)化和自愈合。

2.5 網(wǎng)絡(luò)切片：通過網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)在一個獨立的物理網(wǎng)絡(luò)上切分出多個邏輯網(wǎng)絡(luò)，從而避免了為每一個服務(wù)建設(shè)一個專用的物理網(wǎng)絡(luò)，這樣可以大大節(jié)省部署的成本。

2.6 內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)：系統(tǒng)綜合考慮各節(jié)點連接狀態(tài)、負(fù)載情況以及用戶距離等信息，通過將相關(guān)內(nèi)容分發(fā)至靠近用戶的代理服務(wù)器上、實現(xiàn)用戶就近獲取所需的信息，使得網(wǎng)絡(luò)擁塞狀況得以緩解，縮短響應(yīng)時間，提高響應(yīng)速度。

2.7 設(shè)備到設(shè)備通信：可以提高資源利用率和網(wǎng)絡(luò)容量，減輕基站負(fù)擔(dān)，降低端到端的傳輸時延，提升頻譜效率，降低終端發(fā)射功率。當(dāng)無線通信基礎(chǔ)設(shè)施損壞，或者在無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋盲區(qū)，終端可借助D2D實現(xiàn)端到端通信甚至接入蜂窩網(wǎng)絡(luò)。

2.8 邊緣計算：其技術(shù)特征主要包括鄰近性、低時延、高寬帶和位置認(rèn)知，推動移動邊緣計算加速發(fā)展因素：1）5G的三大應(yīng)用場景和小于1ms的時延指標(biāo)，決定移動邊緣計算的發(fā)展具有必要性。2）物聯(lián)網(wǎng)的核心是讓萬物互聯(lián)，邊緣計算可以通過更靠近邊緣的數(shù)據(jù)處理能力。3）SDN將助力移動邊緣計算的發(fā)展。

2.9 軟件定義網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)虛擬化：SDN技術(shù)，將用戶平面和控制平面解耦可以使得部署用戶平面功能變得更靈活。NFV技術(shù)使得運營商可以在那些通用的服務(wù)器、交換機和存儲設(shè)備上部署網(wǎng)絡(luò)功能。

3 結(jié)論

5G移動通信對未來幾年我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重大的戰(zhàn)略意義。在4G-LTE技術(shù)上，我們已經(jīng)參與了世界的標(biāo)準(zhǔn)，我國5G技術(shù)發(fā)展上，勢頭更強盛。5G的建設(shè)與發(fā)展，直接影響我國在世界上的影響力以及提高國內(nèi)民生的生活質(zhì)量。

5G移動通信的發(fā)展承載著諸多使命和責(zé)任，因此，我們要把5 G中的通信技術(shù)及早嵌入到課堂教學(xué)中，讓我國通信人才及時的為5 G通信發(fā)展做建設(shè)工作，增強我國實力，為人民謀求更大的福利。