面向5G/B5G通信的智能無線資源管理技術(shù)研究

張強(qiáng) 陳司林

摘要：科技的進(jìn)步與時(shí)代的發(fā)展，使得5G網(wǎng)絡(luò)已然到來，極大地提升了用戶互聯(lián)網(wǎng)體驗(yàn)感，而其低時(shí)延、大帶寬、大連接等顯著優(yōu)勢(shì)，也使得5G通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了萬物互聯(lián)，與此同時(shí)，B5G，即超五代移動(dòng)通信技術(shù)（Beyond 5G）的研究如火如荼開展研究。對(duì)此，本文主要針對(duì)5G/B5G無線資源管理技術(shù)展開分析，目的在于更好的服務(wù)5G/B5G系統(tǒng)效能，解決無線資源管理問題。

關(guān)鍵詞：5G;B5G;無線資源管理;優(yōu)化措施

引言：

隨著現(xiàn)代社會(huì)科技的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)的普及，使得智能終端逐步深入到人類社會(huì)生產(chǎn)生活中，為此，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的需求日益增長(zhǎng)，以往的4G通信系統(tǒng)顯然已經(jīng)難以適應(yīng)并助力萬物互聯(lián)發(fā)展。而隨著第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)全球范圍內(nèi)大面積的部署和發(fā)展，使得應(yīng)用場(chǎng)景覆蓋更廣，其中包含了eMBB、mMTC以及URLLC、即增強(qiáng)型的移動(dòng)寬帶（Enhanced Mobile Broadband，）、海量連接的機(jī)器通信（massive Machine-Type Communications），還有高可靠、低時(shí)延的聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。而由此帶來的無線資源管理問題也顯著增加，本文針對(duì)此展開分析，致力于進(jìn)一步優(yōu)化面向5G/B5G通信的智能無線資源管理技術(shù)。

一、面向5G/B5G通信的智能無線資源管理需求

深入分析移動(dòng)通信系統(tǒng)，不難發(fā)現(xiàn)，與實(shí)際需求相比，可用的無線資源非常有限，這使得無線資源管理成為了移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)非常關(guān)鍵的問題。尤其是5G網(wǎng)絡(luò)下，多種新技術(shù)、應(yīng)用場(chǎng)景的出現(xiàn)，使得無線資源管理問題日益復(fù)雜化，如超密集網(wǎng)絡(luò)、大規(guī)模天線、網(wǎng)絡(luò)切片、毫米波等新技術(shù)，這些技術(shù)的應(yīng)用，加劇了無線資源管理復(fù)雜程度[1]。例如，無線網(wǎng)絡(luò)虛擬化、切片技術(shù)的應(yīng)用，可以使得5G發(fā)揮出“分身”作用，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化需求，雖然如此，但由此造成的切片管理、調(diào)度等問題日益突出。因此，面向5G/B5G通信的智能無線資源管理需求非常緊迫，如何迎接新挑戰(zhàn)，切實(shí)解決新問題，優(yōu)化提升5G資源管理技術(shù)能力，成為了當(dāng)下重要研究課題。

二、依托于優(yōu)化技術(shù)的5G/B5G無線資源管理方法

在通信系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，應(yīng)用最多的就是數(shù)學(xué)優(yōu)化方法，由于網(wǎng)絡(luò)切片、超密集網(wǎng)絡(luò)等新技術(shù)的應(yīng)用，增加了無線資源管理繁瑣性，急需一些高效的大規(guī)模優(yōu)化技術(shù)解決此問題。為此，本文主要重點(diǎn)分析一些數(shù)學(xué)優(yōu)化技術(shù)及其應(yīng)用，具體分析如下。

（一）物理層技術(shù)

在整個(gè)5G系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對(duì)于PHY，即物理層的設(shè)計(jì)非常重要。其中通信波段選擇毫米波段（mmWave），這種波段頻率為3-300GHz，應(yīng)用此可以獲得更寬的頻譜。由于此波譜具有較短的波長(zhǎng)，并不需要過大的天線，便可正常工作，因此，在傳輸應(yīng)用過程中，主要以緊密排列方式為主，也就是大規(guī)模天線陣列。與以往的多天線技術(shù)（MIMO ）對(duì)比，由于成本問題，大規(guī)模天線技術(shù)并不會(huì)保證射頻鏈路（RFchain）均勻分布到每一個(gè)天線上。因此，當(dāng)中的“混合波束形成”技術(shù)發(fā)揮了重要作用，這種技術(shù)主要作用就是在完成上下行多天線波束形成過程中，可以同時(shí)使用一個(gè)射頻預(yù)編碼、一個(gè)基帶數(shù)字預(yù)編碼實(shí)現(xiàn)。

（二）接入層技術(shù)

5G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，可以在滿足給定區(qū)域的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)大量設(shè)備的同時(shí)使用，其中包含了普通的移動(dòng)終端，也涵蓋了物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)備。這一特點(diǎn)，將在未來應(yīng)用中體現(xiàn)出更多的作用和優(yōu)勢(shì)。例如，在一個(gè)1000m2區(qū)域內(nèi)，1000萬量級(jí)的無線設(shè)備隨時(shí)接入5G網(wǎng)絡(luò)，這對(duì)接入網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)人員提出了較高要求，為滿足實(shí)際大規(guī)模接入的設(shè)計(jì)需求，同時(shí)還要重點(diǎn)關(guān)注降低功耗問題。所以，針對(duì)5G接入網(wǎng)的設(shè)計(jì)，需要合理設(shè)計(jì)，科學(xué)的應(yīng)用優(yōu)化算法，例如，“NOMA”即非正交多址接入（Non-Orthogonal MultipleAccess ），還有大規(guī)模接入（Massive Access ）等。

對(duì)于大規(guī)模隨機(jī)接入的設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)考慮的是，很多物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備并非實(shí)時(shí)連接網(wǎng)絡(luò)。所以，基站需要做到預(yù)判，即檢測(cè)到哪些用戶存在連接網(wǎng)絡(luò)的行為，在實(shí)踐中，需要進(jìn)行建模，借助“活躍矩陣”呈現(xiàn)。考慮到用戶信道未知性，所以，需要同時(shí)實(shí)施信道估計(jì)和用戶檢測(cè)。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用AltMin算法、原始對(duì)偶算法解決問題，保證運(yùn)算效率得到提升。而上文提到了另一種非正交多址接入，則可以使得多個(gè)用戶在統(tǒng)一載波上使用，從而幫助整個(gè)系統(tǒng)增強(qiáng)頻譜利用率[2]。

（三）網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)

5G網(wǎng)絡(luò)作用下，可以實(shí)現(xiàn)多服務(wù)，比如車聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)等，徹底改變了以往只局限于滿足單個(gè)用戶的通信需求。這一特點(diǎn)，也使得5G整個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以為多種服務(wù)實(shí)施針對(duì)性的“切片”，可以將這種網(wǎng)絡(luò)切片功能理解為一種網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化的方法，可以將多個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)建設(shè)在一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)上，此搭建過程非常迅速，同時(shí)，各個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)可以滿足特定的用戶網(wǎng)絡(luò)服務(wù)需求。基于此種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，諸多特定的服務(wù)功能組成了對(duì)應(yīng)的服務(wù)，相互之間組建成了服務(wù)功能鏈。而實(shí)施網(wǎng)絡(luò)資源管理，主要的目的就是保證當(dāng)中的服務(wù)可以實(shí)現(xiàn)，例如，使用最短的時(shí)間完成服務(wù)功能鏈，此過程中，還要控制好各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在荷載范圍內(nèi)?？梢姡W(wǎng)絡(luò)切片的問題較為復(fù)雜，故此，需要通過構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，強(qiáng)化計(jì)算精度，并采用相應(yīng)的方法簡(jiǎn)化計(jì)算難度。

三、結(jié)語

綜上所述，基于5G網(wǎng)絡(luò)時(shí)代發(fā)展下，將會(huì)推動(dòng)更多行業(yè)乃至全社會(huì)發(fā)生根本上的變革，在這一個(gè)過程中，應(yīng)當(dāng)提高無線資源管理技術(shù)，保證5G/B5G網(wǎng)絡(luò)的效能充分發(fā)揮。面對(duì)多種新技術(shù)、新應(yīng)用場(chǎng)景的應(yīng)運(yùn)而生，我國業(yè)內(nèi)研究人員、技術(shù)人員需要高度重視無線資源管理問題，積極探索并應(yīng)用，大規(guī)模優(yōu)化解決超密集網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)化、大規(guī)模天線系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)等，從而助力5G/B5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹佳琪. 面向超密集網(wǎng)絡(luò)的智能化無線資源管理技術(shù)[D].北京郵電大學(xué)，2020，12（34）：100-101.

[2]常昆，王祿生，李小喜，張帥，汪晏如.5G高密度網(wǎng)絡(luò)中無線資源管理的仿真方案設(shè)計(jì)[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2019，42（08）：1064-1071.