5G移動通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究

陳建強(qiáng)

廈門華絡(luò)通信設(shè)計(jì)有限公司，福建 廈門 361000

0 引言

社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展帶動了我國通信信息技術(shù)的發(fā)展，這為各行各業(yè)經(jīng)濟(jì)活動帶來了很多技術(shù)上的支持，同時滿足了現(xiàn)代人們對互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際需求，可以提高工作質(zhì)量和效率。尤其是當(dāng)前的通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展呈現(xiàn)出大規(guī)模、高可靠、低延時的特點(diǎn)，這使得5G移動通信技術(shù)已經(jīng)發(fā)展為全新的商業(yè)模式，為新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了全新動力，促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)智能化、數(shù)字化的轉(zhuǎn)型與升級。

1 5G移動通信網(wǎng)絡(luò)概念及特點(diǎn)

5G移動通信網(wǎng)絡(luò)以無線網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)為依據(jù)，真正貼合用戶的需求進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)平滑過渡等技術(shù)升級。5G移動通信網(wǎng)絡(luò)具有很多獨(dú)特的優(yōu)勢，具體包括如下方面。（1）5G移動通信網(wǎng)絡(luò)在設(shè)計(jì)過程中，結(jié)合4G與5G基站耦合需求，并通過獨(dú)立組網(wǎng)架構(gòu)，解決了NR頻段與非獨(dú)立組網(wǎng)端側(cè)LTE頻段存在的干擾問題。同時，無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)合覆蓋能力，分析產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展、規(guī)避頻段組合干擾、綜合造價等需求，采用192振子、64端口確保大規(guī)模天線覆蓋[1]。（2）5G空口技術(shù)框架結(jié)合實(shí)際需求，對造價、設(shè)備功能、頻段、性能、場景進(jìn)行最優(yōu)組合，優(yōu)化參數(shù)配置，能夠定制業(yè)務(wù)，確保技術(shù)方案的適用性，還能夠靈活應(yīng)對5G技術(shù)下的新業(yè)務(wù)與新場景，滿足網(wǎng)絡(luò)兼容問題。（3）5G網(wǎng)絡(luò)涵蓋了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，包括轉(zhuǎn)發(fā)云、控制云、接入云等，能夠確保不同無線制式的高效接入，并可以通過云轉(zhuǎn)發(fā)集中控制網(wǎng)絡(luò)資源，提高數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的靈活性，提高海量數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃耘c高效性。

2 5G移動通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 D2D技術(shù)

5G移動通信網(wǎng)絡(luò)包含很多技術(shù)種類，D2D是其中之一。該技術(shù)主要是通過對補(bǔ)充蜂窩系統(tǒng)的有效利用所產(chǎn)生的一個技術(shù)種類，它是兩個對等用戶節(jié)點(diǎn)間的通信方式，每個用戶節(jié)點(diǎn)都能在由D2D通信用戶組成的分布式網(wǎng)絡(luò)中接收或發(fā)送信號，并能實(shí)現(xiàn)消息的轉(zhuǎn)發(fā)功能。基于D2D技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)參與者可以對其擁有的硬件資源進(jìn)行共享。D2D技術(shù)具有網(wǎng)絡(luò)連接、存儲、信息處理的能力，共享資源在無須經(jīng)過中間實(shí)體的情況下就可以直接被訪問，且在D2D通信網(wǎng)絡(luò)中，用戶節(jié)點(diǎn)可以同時完成客戶端及服務(wù)器的角色，用戶可以根據(jù)形態(tài)意識自主構(gòu)建一個實(shí)際或虛擬的群體[2]。D2D技術(shù)原理圖如圖1所示。

圖1 5G移動通信網(wǎng)絡(luò)D2D技術(shù)

2.2 SDN/NFV技術(shù)

SDN/NFV技術(shù)也是5G移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的一種，該技術(shù)不同于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它的優(yōu)勢較多，如操作靈活，工作人員能夠運(yùn)用此技術(shù)提高工作質(zhì)量和效率，同時該技術(shù)的設(shè)備也比較簡單，能夠在滿足經(jīng)濟(jì)活動需求的同時，更好地管理無線資源。其中的SDN核心技術(shù)為核心網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)新發(fā)展提供了良好的發(fā)展平臺，其利用OpenFlow分離了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備控制面與數(shù)據(jù)，能夠靈活控制網(wǎng)絡(luò)流量，提高網(wǎng)絡(luò)管道的智能性；而NFV技術(shù)通過基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的X86交換設(shè)備、存儲及服務(wù)器，可替換通信網(wǎng)絡(luò)中的一些專用網(wǎng)絡(luò)元件設(shè)備。SDN/NFV技術(shù)原理圖如圖2所示。

圖2 5G移動通信網(wǎng)絡(luò)SDN/NFV技術(shù)

2.3 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5G移動通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)之一。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，采用傳統(tǒng)移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，工作人員主要是利用增加站點(diǎn)部署密度的方式進(jìn)行管理，這種落后的方法已不能滿足行業(yè)發(fā)展需求。比如，采用傳統(tǒng)層面的無線物理層技術(shù)，包括多址技術(shù)、調(diào)制技術(shù)、編碼技術(shù)、MAC等，只能提升10倍的頻譜效率，這無法滿足5G的需求。采用超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是將低功率超大規(guī)模節(jié)點(diǎn)引入網(wǎng)絡(luò)，以此增加網(wǎng)絡(luò)覆蓋、消除盲點(diǎn)、增強(qiáng)熱點(diǎn)，有效提升系統(tǒng)容量。而且，這也實(shí)現(xiàn)了多層立體異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，對傳統(tǒng)的扁平單層宏網(wǎng)絡(luò)覆蓋實(shí)現(xiàn)了突破，并通過增加信道數(shù)和小區(qū)數(shù)，確保成倍提升容量，并能使超密集組網(wǎng)具有更高效的頻率復(fù)用和更靈活的網(wǎng)絡(luò)部署。

2.4 天線技術(shù)

大多數(shù)信號接收端與發(fā)送端都是通過天線來接收和發(fā)送信號的，天線技術(shù)是在MIMO條件下形成的一個技術(shù)種類。為了滿足超高的傳輸需求，5G終端支持多天線技術(shù)，且引入了Massove MIMO技術(shù)和Beamforming技術(shù)。在5G頻段中，高頻有毫米波頻段，中低頻有Sub-6 GHz頻段或700 MHz頻段，頻段跨度大表示天線也應(yīng)有較強(qiáng)的跨度，這會提高5G終端天線設(shè)計(jì)布局的合理性。對于5G天線技術(shù)，應(yīng)做好天線功耗控制，可利用新工藝材料可靠性強(qiáng)、耐用性強(qiáng)、易安裝性強(qiáng)的特點(diǎn)優(yōu)化天線設(shè)計(jì)，從而減慢電池消耗速度。同時，應(yīng)做好天線整合設(shè)計(jì)，以降低空間占用率，提高散熱性，降低系統(tǒng)功耗；還可以利用天線與無線模組整合的方式，發(fā)揮定制天線的集成能力。

2.5 傳輸波形技術(shù)

傳輸波形技術(shù)包括FBMC技術(shù)、RB-OFDM技術(shù)、UFMC技術(shù)。（1）FNMC作為一種表現(xiàn)優(yōu)良的原型濾波器被提出，在FBMC中若同一頻率上相鄰符號的子載波上攜帶的信號交替出現(xiàn)虛數(shù)與實(shí)數(shù)，說明相鄰符號間的干擾會被消除[3]。（2）RB-OFDM技術(shù)是以子帶為基礎(chǔ)的一種波形處理方式，其作用在于抵抗多徑干擾，在添加CP后進(jìn)行上采樣。上采樣在時域進(jìn)行，在每個時域復(fù)數(shù)點(diǎn)樣間添加（Q-1）個“0”，并以頻譜被壓縮周期化的方式體現(xiàn)。RB-OFDM技術(shù)由于使用了濾波器，降低了外帶輻射，減小了保護(hù)寬帶的設(shè)置寬度。（3）UFMC技術(shù)是一個簡單的發(fā)射機(jī)系統(tǒng)，傳輸寬帶包括B個子帶，且每個子帶又包括若干個連續(xù)子載波，信號通過一個N點(diǎn)的IDFT完成時域與頻域的轉(zhuǎn)換。在接收端通過加零操作，構(gòu)建一個FFT的2N點(diǎn)，可提取數(shù)據(jù)信息，并通過信道估計(jì)后重新恢復(fù)原始符號數(shù)據(jù)。

2.6 頻譜擴(kuò)展技術(shù)

在5G移動網(wǎng)絡(luò)模式不斷發(fā)展和應(yīng)用的當(dāng)前社會背景下，頻譜擴(kuò)展技術(shù)的應(yīng)用逐漸普及，具備較強(qiáng)的優(yōu)勢特點(diǎn)。這種技術(shù)的發(fā)展和全面應(yīng)用主要基于認(rèn)知無線電技術(shù)、毫米波通信技術(shù)、可見光通信技術(shù)及能效提升技術(shù)四項(xiàng)核心技術(shù)，進(jìn)而全面促進(jìn)5G移動網(wǎng)絡(luò)模式的優(yōu)化及完善。頻譜拓展技術(shù)的不斷發(fā)展和更新，對5G移動通信的發(fā)展起到了較強(qiáng)的推動性作用，既可全面保障原有通信技術(shù)的基礎(chǔ)優(yōu)勢特點(diǎn)，也可以在其基礎(chǔ)上不斷延伸和拓展，將更加多樣的優(yōu)勢因素滲透其中，從而促進(jìn)實(shí)現(xiàn)5G通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步發(fā)展和強(qiáng)化的根本目標(biāo)。首先，認(rèn)知無線電技術(shù)及其認(rèn)知功能的發(fā)展為無線通信的強(qiáng)化帶來了較強(qiáng)的推動作用，進(jìn)一步提高了無線通信服務(wù)的效率及質(zhì)量，同時在保障其功率和基本動態(tài)參數(shù)的前提條件下，體現(xiàn)了5G移動通信網(wǎng)絡(luò)的多方面優(yōu)勢特點(diǎn)。與此同時，在頻譜擴(kuò)展技術(shù)應(yīng)用過程中，可以全面突破以往的微波頻段資源短缺問題，充分利用毫米波通信技術(shù)，不斷強(qiáng)化通信容量，促進(jìn)緩解頻譜資源緊張的問題。在當(dāng)前階段移動通信用戶不斷增長的背景環(huán)境下，為了全面保障5G通信網(wǎng)絡(luò)的科學(xué)應(yīng)用可以滿足視頻及多媒體應(yīng)用的根本需求，可見光通信技術(shù)充分發(fā)揮了其寬頻普及高保密性的特點(diǎn)，不僅全面降低了基礎(chǔ)成本，還充分體現(xiàn)了其實(shí)用性及廣泛性特點(diǎn)。另外，在頻譜擴(kuò)展技術(shù)的不斷發(fā)展過程中，能效提升技術(shù)的應(yīng)用是不可或缺的。在能效提升、技術(shù)科學(xué)應(yīng)用及不斷更新發(fā)展的過程中，可以全面突破傳統(tǒng)通信技術(shù)的不足，充分解決能效管理過程中常見的問題，同時可以保障跨網(wǎng)資源不斷優(yōu)化配置，推動實(shí)現(xiàn)降低數(shù)據(jù)傳輸成本，提高運(yùn)行效率的發(fā)展目標(biāo)。

3 結(jié)束語

綜上所述，5G移動通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)是在4G基礎(chǔ)上建立的，它保留了4G原有的優(yōu)勢，又衍生出許多新技術(shù)，尤其對多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)了突破，解決了傳輸延時、容量小、速率慢的問題，也體現(xiàn)了其應(yīng)用性、綜合性、系統(tǒng)性的特點(diǎn)。