基于5G網(wǎng)絡(luò)的無線通信資源分配技術(shù)

常瑞莉

（青海建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 青海省西寧市 810012）

5G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用不僅彌補(bǔ)了傳統(tǒng)4G網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)速較慢的缺點(diǎn)，還進(jìn)一步提升了視頻的清晰度、文件傳輸?shù)乃俾剩袑?shí)滿足了當(dāng)前人們對(duì)無線通信系統(tǒng)的需要?，F(xiàn)階段，為進(jìn)一步推動(dòng)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化升級(jí)，在明確當(dāng)前社會(huì)發(fā)展需求的基礎(chǔ)上，對(duì)無線通信資源分配技術(shù)進(jìn)行研究，成為了一項(xiàng)極為必要的工作。

1 5G網(wǎng)絡(luò)無線通信的特征分析

5G網(wǎng)絡(luò)是一種首先將所有終端通過基站與接入網(wǎng)連接到一起；其次將信號(hào)傳輸?shù)匠休d網(wǎng)、核心網(wǎng)；再次令信號(hào)進(jìn)入另一端的承載網(wǎng)與接入網(wǎng)；最后實(shí)現(xiàn)信號(hào)與另一端終端相連接的通信方式。5G技術(shù)是建立在4G技術(shù)上的一種新型通信傳輸技術(shù)，由于5G無線通信技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中數(shù)據(jù)收集與分析工作結(jié)合到了一起，在使用時(shí)可以有效節(jié)約數(shù)據(jù)分析時(shí)間，并且在數(shù)據(jù)傳輸過程中，5G無線通信技術(shù)可以自主選擇信號(hào)傳輸通道，從而達(dá)到提升網(wǎng)絡(luò)傳輸效率的目的。同時(shí)，這一技術(shù)具有良好的延展性，能夠?yàn)橛脩魩砀鼮閮?yōu)質(zhì)的服務(wù)，經(jīng)調(diào)查了解到，在5G環(huán)境下，其信號(hào)覆蓋范圍是4G環(huán)境下的10倍左右，并且在電梯、樓梯間這類環(huán)境中，5G技術(shù)能夠?yàn)橐苿?dòng)設(shè)備提供更為優(yōu)質(zhì)的信號(hào)服務(wù)。從結(jié)構(gòu)層面上，相較于4G網(wǎng)絡(luò)，5G網(wǎng)絡(luò)中包含CU、DU與AAU三層構(gòu)架，在實(shí)際應(yīng)用過程中，能夠按照超密集組網(wǎng)的要求，將基站的RRI完全拉遠(yuǎn)，從而令BBU集中在機(jī)房實(shí)現(xiàn)云化?，F(xiàn)階段，為進(jìn)一步擴(kuò)大5G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，中國鐵塔宣布，截止到2020年3月，我國鐵塔建成的5G基站超過了20萬座，全年計(jì)劃部署50萬座。3月6日，中國移動(dòng)正式啟動(dòng)了2020年5G二期無線網(wǎng)主設(shè)備集中采購工作，3月13日，中國電信與中國聯(lián)通聯(lián)合宣布將在當(dāng)年的第三季度完成25萬座5G基站建設(shè)工作。上述情況的出現(xiàn)，為我國5G網(wǎng)絡(luò)全覆蓋工作的落實(shí)提供了有效的支持，切實(shí)為人們生活提供了便利[1]。

2 5G網(wǎng)絡(luò)無線通信資源分配模式

在我國信息技術(shù)的不斷發(fā)展過程中，第五代移動(dòng)通信技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)階段，5G網(wǎng)絡(luò)無線通信資源分配模式主要可以分成D2D與中繼模式兩種。

2.1 D2D模式

D2D模式是一種點(diǎn)到點(diǎn)直接傳輸?shù)臒o線資源調(diào)度方式。在實(shí)際應(yīng)用過程中，UE之間可以不經(jīng)過基站，直接利用蜂窩網(wǎng)絡(luò)信道滿足通信需要，具備較為明顯的容量、速率等方面的優(yōu)勢。需要注意的是，DED模式最初的出現(xiàn)目的在于緩解基站信息傳輸?shù)膲毫?，現(xiàn)階段為進(jìn)一步提升這種模式的應(yīng)用質(zhì)量，在D2D模式應(yīng)用時(shí)，可以先通過CCCH上廣播D2D的分配資源信息，令UE探測周圍是否存在相對(duì)應(yīng)的UE，然后將探測結(jié)果上傳至BS，降低D2D與蜂窩通信對(duì)信號(hào)的干擾。需要注意的是，由于基站在實(shí)際應(yīng)用過程中是一種規(guī)模較大的信息集中控制中心，若利用D2D模式對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)，盡管會(huì)在一定程度上緩解基站壓力，但會(huì)在一定程度上增大基站的信令開銷?，F(xiàn)階段，為切實(shí)解決上述問題，對(duì)D2D模式下的資源分配情況進(jìn)行進(jìn)一步的探究成為了一項(xiàng)極為必要的工作[2]。

2.2 中繼模式

中繼模式的覆蓋范圍與容量相對(duì)較大，在當(dāng)前的5G超密集組網(wǎng)當(dāng)中，這種模式的應(yīng)用范圍也比較大。中繼模式的工作方式為，在信號(hào)傳輸過程中，中繼節(jié)點(diǎn)可以對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行放大、轉(zhuǎn)發(fā)，這種工作模式被稱作AF模式；或者由中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行解碼、轉(zhuǎn)碼，這種工作模式被稱為DF模式，對(duì)兩種模式進(jìn)行比較后可以發(fā)現(xiàn)，AF模式因需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大后再進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，因此信號(hào)可能存在一定的噪聲干擾。

3 5G網(wǎng)絡(luò)無線通信資源分配遵循的原則

近年來，我國用戶在生活、學(xué)習(xí)、工作等場景中應(yīng)用無線通訊系統(tǒng)的頻率不斷提升，5G用戶數(shù)量不斷增加，數(shù)據(jù)應(yīng)用流量也在逐年增長，舉例來說，截止到2020年6月，選擇中國移動(dòng)5G套餐的用戶超過了7019.9萬，用戶月增1459萬；選擇中國電信5G套餐的用戶超過了3784萬，月增779萬。這種情況的出現(xiàn)說明了用戶對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)無線通信資源的需求越發(fā)迫切，在這種情況下，為保證資源分配工作的質(zhì)量能夠切實(shí)滿足用戶的使用要求，相關(guān)工作人員需要將保障用戶使用體驗(yàn)與保證資源分配公平性當(dāng)成分配工作的基礎(chǔ)性原則。

3.1 保障消費(fèi)者的使用體驗(yàn)

現(xiàn)階段，在5G網(wǎng)絡(luò)無線通信資源分配的過程中，相關(guān)工作人員需要明確工作開展最重要的原則在于提升用戶使用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的舒適性與便利性。具體來說，相較于4G技術(shù)，5G技術(shù)有效擴(kuò)展了各種形式下的媒介渠道，這種情況的出現(xiàn)使得當(dāng)前的與數(shù)據(jù)相關(guān)的各類媒介內(nèi)容變得更為豐富的同時(shí)，提升了技術(shù)模型的復(fù)雜度。同時(shí)，在當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用過程中，消費(fèi)者的使用體驗(yàn)與系統(tǒng)無線資源管理模式之間存在著直接的聯(lián)系，以比特級(jí)和數(shù)據(jù)包級(jí)功率設(shè)置方法為例，其功率分配模式與消費(fèi)者使用過程中各類要求滿足的有效性之間存在著密切的關(guān)聯(lián)。在當(dāng)前的5G環(huán)境下，為保證系統(tǒng)能夠切實(shí)滿足用戶對(duì)數(shù)據(jù)吞吐量、延遲、丟包等內(nèi)容的要求，相關(guān)工作人員可以在明確用戶數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間順序的基礎(chǔ)上，通過制定科學(xué)的無線資源分配策略的方式，切實(shí)提升系統(tǒng)的工作質(zhì)量。

3.2 保證資源分配的公平性

在當(dāng)前5G網(wǎng)絡(luò)無線通信資源分配的過程中，公平性同樣是相關(guān)工作人員需要注意的內(nèi)容。具體來說，由于5G網(wǎng)絡(luò)資源是存在資源總量上限的，無法真正實(shí)現(xiàn)所有用戶的功能要求，在這種背景下，保證資源分配的公平性，將網(wǎng)絡(luò)資源公平的分配給每名用戶成為了一項(xiàng)極為重要的工作。需要注意的是，對(duì)用戶網(wǎng)絡(luò)信息使用情況進(jìn)行調(diào)查分析可以發(fā)現(xiàn)，不同的用戶在信息通道時(shí)間頻率或者空間層面均存在著極大的差別，若相關(guān)工作人員單純遵循公平性原則對(duì)資源的平均分配，可能在一定程度上降低無線網(wǎng)絡(luò)資源有效應(yīng)用量，進(jìn)而出現(xiàn)浪費(fèi)的情況，面對(duì)上述情況，在進(jìn)行5G資源分配的過程中，相關(guān)工作人員需要強(qiáng)化對(duì)無線資源分配的公平性與效率之間的關(guān)注度，切實(shí)實(shí)現(xiàn)資源分配過程中最大公平與較小平衡、事件類型、實(shí)際比例等多個(gè)方面的平衡。

4 優(yōu)化5G網(wǎng)絡(luò)無線通信資源分配的方法

在5G技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，為進(jìn)一步提升資源的利用質(zhì)量，保證5G網(wǎng)絡(luò)能夠更好地滿足人們的需要，相關(guān)工作人員需要提升對(duì)通信資源劃分后系統(tǒng)數(shù)據(jù)吞吐量、數(shù)據(jù)傳輸速度、服務(wù)質(zhì)量等方面的關(guān)注度。

4.1 優(yōu)化高頻譜無線通信資源分配技術(shù)

從技術(shù)上講，頻率超過6GHz的高頻譜資源具有良好的指向性，與較高的數(shù)據(jù)流量密度，在實(shí)際應(yīng)用過程中能夠切實(shí)滿足用戶對(duì)于短距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆，F(xiàn)階段，為獲取更多的物理寬帶資源，相關(guān)工作人員可以將移動(dòng)寬帶接入服務(wù)的頻譜擴(kuò)大到6GHz以上。在當(dāng)前移動(dòng)寬帶使用過程中，為保證每一物理頻段都能實(shí)現(xiàn)接入使用與共享，相關(guān)工作人員需要為每個(gè)一個(gè)移動(dòng)通訊運(yùn)營商設(shè)置頻率在數(shù)百赫茲的物理寬帶，需要注意的是，這些物理寬帶頻段波長較小，往往會(huì)降低移動(dòng)寬帶接入網(wǎng)絡(luò)的范圍。一般情況下，發(fā)射天線、接收天線間的傳播損耗與頻路局?jǐn)?shù)平方呈正比例關(guān)系，同時(shí)，若頻率數(shù)值提升，那么上述損耗將會(huì)從天線接收端與發(fā)生斷增大的增益中得到補(bǔ)償，因此，在當(dāng)前高頻譜無線通信資源分配過程中，相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)加大對(duì)頻率在6-30GHz頻段的關(guān)注度。盡管在當(dāng)前的實(shí)際應(yīng)用過程中，低頻段的網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力比高頻段更為穩(wěn)定，并且在非視距傳輸環(huán)境中，高頻段移動(dòng)寬帶接入系統(tǒng)需要有電波反射效應(yīng)的支持，使用價(jià)值較低，但隨著當(dāng)前科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，ITE—R制定的成本解決方法，對(duì)高頻段使用過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行了有效地處理，切實(shí)提升了這一頻段的使用效果。

由于高頻譜無線通信資源有著潛在可使用的物理頻段，因此，超過30GHz的物理頻段在實(shí)際使用過程中，對(duì)數(shù)據(jù)流量的要求也相對(duì)較高，舉例來說，用戶在使用高頻譜物理通信資源傳輸4K、8K視頻通訊數(shù)據(jù)或者在進(jìn)行人與人遠(yuǎn)距離虛擬交互信息的過程中，為保證信息傳輸?shù)馁|(zhì)量能夠滿足用戶的需要，需要切實(shí)提神各數(shù)據(jù)流量傳輸?shù)姆€(wěn)定性。對(duì)當(dāng)前的移動(dòng)運(yùn)營商來講，為切實(shí)保障6GHz以上頻段的高頻譜無線通信資源，能夠?yàn)椴煌瑘鼍爸校?G網(wǎng)絡(luò)無線通信技術(shù)的應(yīng)用提供有效支持，相關(guān)工作人員需要按照高頻譜無線通信資源在不同頻段的物理特點(diǎn)，對(duì)其支持的場景進(jìn)行劃分，以便保證后續(xù)數(shù)據(jù)流量傳輸?shù)目煽啃訹3]。

4.2 優(yōu)化低頻譜無線通信資源分配技術(shù)

相較于4G技術(shù)，5G技術(shù)的性能得到了大幅度的優(yōu)化提升，能夠更好地滿足不同用戶對(duì)于更大范圍場景的需要，但需要注意的是，由于低頻譜無線通信資源分配過程中對(duì)于性能與底層頻譜的要求存在著一定的不同，因此，為切實(shí)保證資源分配工作的可靠性，相關(guān)工作人員需要按照信號(hào)資源的具體用途與業(yè)務(wù)類型選擇合適的物理工作頻段，以便保證信號(hào)資源能夠更好地適應(yīng)不同應(yīng)用場景對(duì)信號(hào)傳輸距離、傳輸速度等方面內(nèi)容的需要。舉例來說，當(dāng)前在低頻段使用頻率在60Hz以下的低頻刀具不僅能夠使信號(hào)有著良好的傳播效果，還能實(shí)現(xiàn)部分場景對(duì)于信號(hào)長距離傳輸?shù)男枰?/p>

在當(dāng)前的實(shí)際應(yīng)用過程中，移動(dòng)運(yùn)營商往往會(huì)將長期演進(jìn)和后續(xù)演進(jìn)系統(tǒng)融入5G網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，因此，加強(qiáng)對(duì)60Hz頻段可用物理頻段資源的重視度成為了一項(xiàng)極為必要的工作。具體來說，在LTE發(fā)展應(yīng)用的過程中，相關(guān)工作人員可以應(yīng)用高階射頻調(diào)制、三載波聚合等方法，拓展LTE傳輸寬帶能力，經(jīng)過這種處理后的LTE可以在不修改現(xiàn)有無線頻譜資源配置方式的基礎(chǔ)上，在頻段不超過6GHz的物理頻段中實(shí)現(xiàn)自身的特征。由此可知，現(xiàn)階段，相關(guān)工作人員可以在低頻段開展分布4G網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)系統(tǒng)的研究，并且以此為基礎(chǔ)，逐漸開展5G網(wǎng)絡(luò)無線通信資源的研究。需要注意的是，盡管當(dāng)前無線資源分配方式主要為專門定制和分配，其頻段屬于授權(quán)性頻段，能夠充分顯示自身的使用優(yōu)勢，但為保證各類通信技術(shù)能夠與配置頻段有效兼容，相關(guān)工作人員需要為其配置足量的無線資源，從而保證網(wǎng)絡(luò)無線通信資源能夠切實(shí)滿足當(dāng)前通信網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)流量、視頻流量迅速增長的需要[4]。

4.3 完善資源分配結(jié)構(gòu)體系

在當(dāng)前優(yōu)化5G網(wǎng)絡(luò)通信資源分配工作開展的過程中，為保證優(yōu)化工作的順利開展，相關(guān)工作人員需要對(duì)資源分配結(jié)構(gòu)體系加以完善。具體來說，近年來，隨著5G網(wǎng)絡(luò)體系的不斷構(gòu)建與完善，無線通信資源分配工作的復(fù)雜程度不斷提升，同時(shí)，受不同城市網(wǎng)絡(luò)建設(shè)速度不同的影響，導(dǎo)致無線資源分配工作的難度大幅度提升?，F(xiàn)階段，為切實(shí)提升資源分配工作的效率，相關(guān)工作人員需要在明確當(dāng)前用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源需求情況以及當(dāng)前城市網(wǎng)絡(luò)體系構(gòu)建情況的基礎(chǔ)上，合理應(yīng)用計(jì)算機(jī)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)收集、整理與資源分配相關(guān)的工作內(nèi)容，通過選擇高素質(zhì)工作人員并對(duì)資源分配制度進(jìn)行完善的方式，進(jìn)一步提升當(dāng)前資源分配工作的質(zhì)量。需要注意的是，近年來，隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，城市擴(kuò)張建設(shè)帶來的信號(hào)覆蓋率問題、老城區(qū)線路老化等問題，都在很大程度上影響了當(dāng)前無線資源分配工作的質(zhì)量，現(xiàn)階段，為切實(shí)降低上述問題對(duì)用戶無線信號(hào)使用的影響，相關(guān)工作人員可以借助網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建立科學(xué)的信息數(shù)據(jù)傳遞結(jié)構(gòu)圖，明確城市不同區(qū)域、不同時(shí)段對(duì)于信號(hào)數(shù)據(jù)的需求，然后通過明確信號(hào)覆蓋需求與移動(dòng)通信技術(shù)要求的方式，制定合理的分配工作目標(biāo)，切實(shí)保證無線通信資源分配結(jié)果的科學(xué)性與合理性，為城市通訊系統(tǒng)的構(gòu)建提供支持[5]。

4.4 優(yōu)化創(chuàng)新資源分配技術(shù)

現(xiàn)階段，為切實(shí)實(shí)現(xiàn)資源分配的技術(shù)優(yōu)化創(chuàng)新，保證無線通信系統(tǒng)能夠切實(shí)滿足當(dāng)前人們的需要，相關(guān)部門需要加強(qiáng)員工技能培訓(xùn)工作的質(zhì)量，切實(shí)提升工作人員的工作能力與創(chuàng)新意識(shí)，保證工作人員在開展無線資源分配工作過程中能夠結(jié)合現(xiàn)實(shí)情況對(duì)無線通信資源分配技術(shù)優(yōu)勢特點(diǎn)進(jìn)行有效的分析，找出分配過程中可能出現(xiàn)的問題，并制定具有針對(duì)性的問題解決方案，切實(shí)提升資源分配工作的質(zhì)量。同時(shí)，盡管當(dāng)前我國5G網(wǎng)絡(luò)基站數(shù)量與用戶數(shù)量均位于全球第一，但國外仍存在一定可以借鑒的資源分配技術(shù)，現(xiàn)階段，為切實(shí)推動(dòng)我國網(wǎng)絡(luò)體系的健康可持續(xù)發(fā)展，了解、吸收、借鑒外國先進(jìn)的資源分配技術(shù)，成為提升我國網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)質(zhì)量的有效方式之一。

4.5 蜂窩通信系統(tǒng)的應(yīng)用

在當(dāng)前的無線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮在那過程中，為更好地滿足用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的需求，相關(guān)工作人員可以通過合理應(yīng)用蜂窩通信系統(tǒng)的方式滿足不同設(shè)備間的通信需要，為移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)提供支持。具體來說，目前在5G高容量典型場景中，相關(guān)工作人員可以通過利用宏微異構(gòu)超密集組網(wǎng)架構(gòu)的方式，滿足5G網(wǎng)絡(luò)對(duì)于速率的要求，在這種密集蜂窩狀的網(wǎng)絡(luò)體系當(dāng)中，基站與用戶之間的距離將會(huì)得到縮短，進(jìn)而降低無線能量在傳輸過程中產(chǎn)生的路損。如圖1所示，現(xiàn)階段，蜂窩通信系統(tǒng)在應(yīng)用過程中需要先將D2D技術(shù)融入蜂窩網(wǎng)絡(luò)建設(shè)當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)基站附近小區(qū)用戶通信模式的混合，切實(shí)提升網(wǎng)絡(luò)通信資源的使用效率以及有效頻譜資源的利用質(zhì)量。對(duì)于上行鏈路來說，自適應(yīng)天線陣接收技術(shù)的應(yīng)用可以有效降低多址干擾，增大系統(tǒng)的容量；對(duì)于下鏈路來說，這一技術(shù)的應(yīng)用可以有效地將信號(hào)的有效區(qū)域控制在移動(dòng)臺(tái)附近，半徑在100-200波長的范圍內(nèi)，減小通道干擾[6]。

圖1：蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)

5 結(jié)論

總而言之，我國的5G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)全面進(jìn)入商用階段，但在這一技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用過程中，部分技術(shù)仍存在一定的應(yīng)用困難，現(xiàn)階段，為進(jìn)一步提升5G網(wǎng)絡(luò)信息的傳輸速率，對(duì)5G通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)資源的有效分配，已經(jīng)成為進(jìn)一步推動(dòng)我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵點(diǎn)之一。