5G移動通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)分析

莊繼龍

（吉林吉大通信設(shè)計院股份有限公司，吉林 長春 130012）

0 引 言

隨著現(xiàn)代社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)水平不斷提升，5G網(wǎng)絡(luò)成為移動通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的新趨勢。5G網(wǎng)絡(luò)容量更大，速度更快，是我國移動通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的一個里程碑。如今，5G網(wǎng)絡(luò)已成為移動通信網(wǎng)絡(luò)的主要發(fā)展趨勢，且普及力度較大，具有良好的發(fā)展前景和應(yīng)用空間。5G網(wǎng)絡(luò)可以分為網(wǎng)絡(luò)部署、接入網(wǎng)以及核心網(wǎng)3大部分。要想進(jìn)一步提高5G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用水平，需積極把握并靈活運(yùn)用關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建一個開放、高效以及優(yōu)質(zhì)的移動通信網(wǎng)絡(luò)空間[1]。

1 5G移動通信網(wǎng)絡(luò)概述

1.1 5G移動通信網(wǎng)絡(luò)概述

5G移動通信網(wǎng)絡(luò)是在4G網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整，可以分為網(wǎng)絡(luò)部署環(huán)境、接入網(wǎng)以及核心網(wǎng)3個部分。一般情況下，峰值服務(wù)速率是5G通信網(wǎng)絡(luò)信號處理技術(shù)應(yīng)用的重要指標(biāo)之一。5G網(wǎng)絡(luò)具有強(qiáng)大的應(yīng)用功能和快捷穩(wěn)定的傳輸速率，可利用資源多種多樣，具有高的利用率。5G移動通信網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)及應(yīng)用，解決了原本4G網(wǎng)絡(luò)中的技術(shù)問題和設(shè)備受限問題，大大提升了傳輸速度[2]。

1.2 5G移動通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

1.2.1 網(wǎng)絡(luò)部署場景部分

部署網(wǎng)絡(luò)場景可分為室內(nèi)場景部署和室外場景部署。相較于之前的3G和4G，5G通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有較強(qiáng)的場景覆蓋性。在室內(nèi)場景部署中，因為主要流量業(yè)務(wù)發(fā)生于室內(nèi)，所以需要著重解決室內(nèi)容量問題。針對小型熱點區(qū)域，建議利用小基站覆蓋室內(nèi)外空間，或利用Pico方案直接解決室內(nèi)的容量問題；針對規(guī)模較大的室內(nèi)場景，考慮采用分布式天線系統(tǒng)，可有效解決難定位的問題。在室外場景部署中，建議結(jié)合Small Cell及分布式基站等多種技術(shù)，將光纖與基站相連接，實現(xiàn)在人群密集區(qū)域的高速傳輸[3]。

1.2.2 接入網(wǎng)部分

建議將多種不同的技術(shù)融入接入網(wǎng)，選擇2G、3G、4G以及WiFi等不同的接入方式，以滿足對無線控制器的連接許可，從而搭建具有集中化、協(xié)同作業(yè)以及云計算構(gòu)架的接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)。利用網(wǎng)絡(luò)中的虛擬資源并優(yōu)化配置這些資源，將其集中部署到基站建設(shè)的基礎(chǔ)位置。此外，對于接入網(wǎng)中的信息緩存和傳遞需求，建議利用傳統(tǒng)的移動網(wǎng)絡(luò)信息儲存功能將其轉(zhuǎn)移到接入網(wǎng)中，以解決用戶的實際需求，完成信息的推送工作，強(qiáng)化用戶體驗，為用戶提供更加優(yōu)質(zhì)的移動通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)[4]。

1.2.3 核心網(wǎng)部分

核心網(wǎng)絡(luò)的革新與調(diào)整是5G移動網(wǎng)絡(luò)的主要特點，主要體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化和軟件定義網(wǎng)絡(luò)化等方面，因此5G移動網(wǎng)絡(luò)可稱為“云網(wǎng)絡(luò)”?！霸凭W(wǎng)絡(luò)”具有2個特征：能夠?qū)崿F(xiàn)控制與轉(zhuǎn)發(fā)的分離，相較于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，SDN能夠分配集中網(wǎng)絡(luò)控制器中的數(shù)據(jù)流量，充分利用有限的資源，優(yōu)化資源配置；能夠?qū)崿F(xiàn)邏輯與硬件的分離，將NFV作為補(bǔ)充技術(shù)，建立新的“端到端”模式的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。

2 5G移動通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用

2.1 MIMO技術(shù)

MIMO技術(shù)是5G移動通信網(wǎng)絡(luò)中的重要技術(shù)。將MIMO技術(shù)運(yùn)用于移動通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，能有效提升信息的傳輸能力，因此這一技術(shù)形式也稱為“大型天線系統(tǒng)”。MIMO技術(shù)是在原有的4G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上調(diào)整天線數(shù)量，將天線數(shù)量擴(kuò)展到上百根，使其能保證多個不同的用戶在同一區(qū)域內(nèi)通信。多出來的天線能拓展信號空間，構(gòu)建一個信號能量儲存空間，實現(xiàn)能源的有效利用。這一技術(shù)操作簡單，成本較低，具有較強(qiáng)的應(yīng)用價值，已被廣泛應(yīng)用于各個地區(qū)的通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中。但是，這一技術(shù)的應(yīng)用需考慮如何結(jié)合更多的低成本部件以及如何在移動設(shè)備終端加入新的資源等問題[5]。

2.2 大規(guī)模多輸入多輸出技術(shù)

5G移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，大規(guī)模多輸入多輸出技術(shù)是主要技術(shù)形式之一，也是移動通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的核心技術(shù)，被稱為“大規(guī)模的MIMO技術(shù)”。大規(guī)模多輸入多輸出技術(shù)是通過優(yōu)化調(diào)整“大型天線系統(tǒng)”得來的，可處理多個天線通信系統(tǒng)，實現(xiàn)多個天線系統(tǒng)信號的發(fā)出與接收，具有復(fù)原信息的能力。在大規(guī)模的MIMO技術(shù)應(yīng)用過程中，建議工作人員利用多個大規(guī)模天線陣列形成大規(guī)模波束，從而實現(xiàn)自動調(diào)解，找到最佳位置，以此提高信號接收效果，實現(xiàn)強(qiáng)化信號的目的[6]。

2.3 毫米波通信技術(shù)

毫米波通信技術(shù)是“微波高頻”和“光波低頻”的延伸應(yīng)用?，F(xiàn)階段，投入使用的頻段資源較少，主要處于6 Hz以下。毫米波資源較為豐富，且存在較大的開發(fā)和利用空間，建議將其應(yīng)用于實際開發(fā)過程中實現(xiàn)LTE和UDN的重疊，充分發(fā)揮這兩種元素的作用，適當(dāng)增加天線數(shù)量，控制毫米波長。如今，一些技術(shù)人員將毫米波通信技術(shù)與MIMO技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一步擴(kuò)展了容量空間，提高了通信網(wǎng)絡(luò)的使用效率，促使用戶的數(shù)據(jù)下載速度更快，下載過程更加穩(wěn)定。

2.4 D2D技術(shù)

D2D技術(shù)是5G移動通信網(wǎng)絡(luò)中的核心技術(shù)之一，能實現(xiàn)各個終端設(shè)備和基站間的通信，大大提升了用戶的通信網(wǎng)絡(luò)使用滿意程度和使用質(zhì)量，有效解決了4G蜂窩網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧髁坷速M(fèi)問題。這一技術(shù)研究和應(yīng)用的主要目的是解決蜂窩數(shù)據(jù)連接問題，弱化用戶間距離對信號傳輸?shù)挠绊?，提高設(shè)備間的性能效率。此外，D2D技術(shù)具有耗電量小、傳播速度快以及應(yīng)用性能強(qiáng)的特點。在D2D技術(shù)應(yīng)用條件下，通信距離較長，且通信信號穩(wěn)定，具有較高的安全性，在通信市場中占有重要地位，適用于大規(guī)模移動通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)[7]。

2.5 超密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與同時同頻全雙工技術(shù)

超密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有智能化和多元化特點。隨著移動通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和進(jìn)步，電子設(shè)備的技術(shù)水平不斷提高，移動智能終端愈發(fā)普及，已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ?、工作、娛樂以及學(xué)習(xí)的重要工具，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流量規(guī)模呈現(xiàn)持續(xù)上漲的趨勢。建議充分發(fā)揮超密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，將其運(yùn)用于局部網(wǎng)絡(luò)，適當(dāng)增加無線網(wǎng)絡(luò)傳輸點并縮小無線網(wǎng)絡(luò)傳輸站點間的距離，有效改善網(wǎng)絡(luò)覆蓋情況，緩解網(wǎng)絡(luò)的干擾程度，從而高效集中地使用網(wǎng)絡(luò)頻率。

同頻全雙工技術(shù)是5G移動通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)形式，可同時展開信號的發(fā)送與接收工作，充分利用所占的頻率資源。在5G移動通信網(wǎng)絡(luò)背景下，建議將原本的“分時分頻”調(diào)整為“同時同頻”，解決異頻干擾和數(shù)字干擾，提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的吞吐量[8]。

2.6 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)是基于超密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)衍生而來的新興技術(shù)。在現(xiàn)代社會中，5G網(wǎng)絡(luò)成為網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的主要趨勢，且呈現(xiàn)出多元化、綜合化以及智能化的發(fā)展趨勢。在多種不同類型智能終端的普及過程中，移動數(shù)據(jù)流量呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長，且小區(qū)半徑參數(shù)減小，低功率節(jié)點數(shù)量增加。要想利用超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)大規(guī)模的節(jié)點協(xié)作，建議工作人員適當(dāng)增加小區(qū)的邊界數(shù)量，考慮不規(guī)則的形狀網(wǎng)問題，引進(jìn)網(wǎng)絡(luò)動態(tài)部署技術(shù)，同時控制大量節(jié)點，提高5G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的整體水平。

2.7 自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，工作人員不僅要做好網(wǎng)絡(luò)部署工作，更要關(guān)注5G網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營情況，保證5G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行通暢。工作人員應(yīng)考慮到5G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、無線接入技術(shù)的多樣性以及不同網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的覆蓋能力不同，在自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用過程中，有效解決網(wǎng)絡(luò)部署規(guī)劃問題和配置問題，一定程度上實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自我優(yōu)化。通過UE和eNB技術(shù)進(jìn)行測量，進(jìn)一步排除5G網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行故障，有效降低網(wǎng)絡(luò)維護(hù)成本，提高業(yè)務(wù)監(jiān)測水平，促進(jìn)5G網(wǎng)絡(luò)健康發(fā)展。

2.8 關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用場景

結(jié)合上述多種5G移動通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)，根據(jù)具體場景靈活應(yīng)用，以構(gòu)建優(yōu)質(zhì)的移動通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，為用戶提供良好的5G移動通信服務(wù)。將關(guān)鍵技術(shù)運(yùn)用于安卓系統(tǒng)，結(jié)合開放源代碼系統(tǒng)、以Linux為基礎(chǔ)的操作系統(tǒng)以及安卓的分層結(jié)構(gòu)，從不同層次入手，采用核心技術(shù)完善基礎(chǔ)性文件儲存功能，實現(xiàn)文件與硬件驅(qū)動的分離，從而提高移動終端的安全性和保密等級。此外，可將關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用于光場相機(jī)中。光場相機(jī)是一種照相設(shè)備，在拍照構(gòu)圖時不需要進(jìn)行對焦處理，但平均儲存一張照片需要200 MB的空間，需結(jié)合上述關(guān)鍵技術(shù)保證光場相機(jī)的穩(wěn)定性。

3 5G移動通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展趨勢

4G移動通信網(wǎng)絡(luò)的主要技術(shù)通過移動寬帶的形式體現(xiàn)，而5G移動通信網(wǎng)絡(luò)在4G的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整，提升了網(wǎng)絡(luò)速度?，F(xiàn)階段，5G移動通信網(wǎng)絡(luò)的研究和開發(fā)已初步取得一定成果，突破了傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)形式，且已經(jīng)完成室外的性能測試任務(wù)。對5G移動通信網(wǎng)絡(luò)的研究和開發(fā)主要集中于信息安全方面，采用計算機(jī)技術(shù)優(yōu)化通信移動設(shè)備。未來對5G移動通信網(wǎng)絡(luò)的研究和開發(fā)將集中于高空傳輸方面，以解決一些地區(qū)信號傳輸困難的問題，實現(xiàn)新發(fā)展[9]。

此外，5G移動通信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)開發(fā)中，納米通信技術(shù)是一種較為新穎的技術(shù)形式，能充分利用自然傳播原理改變當(dāng)前的無線通信技術(shù)形式，有效解決容量問題。還可以結(jié)合精確數(shù)學(xué)構(gòu)建虛擬世界，將探索虛擬空間作為發(fā)展新趨向。

4 結(jié) 論

綜上所述，5G網(wǎng)絡(luò)是我國移動通信網(wǎng)絡(luò)的主要發(fā)展趨勢，具有良好的發(fā)展前景。要想進(jìn)一步推動5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展進(jìn)程，要把握大規(guī)模多輸入多輸出技術(shù)、超密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、同時同頻全雙工技術(shù)、毫米波通信技術(shù)、MIMO技術(shù)以及D2D技術(shù)在內(nèi)的多種關(guān)鍵技術(shù)，靈活應(yīng)用，優(yōu)化5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。此外，將關(guān)鍵技術(shù)合理運(yùn)用于安卓系統(tǒng)和光場相機(jī)等場景中，為人們提供更加優(yōu)質(zhì)的通信服務(wù)，推動信息時代的發(fā)展。