5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特點(diǎn)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃要點(diǎn)研究

糟小兵

(新疆鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院,新疆 烏魯木齊 841100)

0 引言

作為中國(guó)第5 代移動(dòng)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),5G 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相比于4G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有諸多的優(yōu)點(diǎn),主要包含在以下3 個(gè)方面:第一,從信號(hào)傳輸速率的角度看?；?G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)具有了面向中國(guó)移動(dòng)通信體系的完整網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),其峰值傳輸速率較4G 網(wǎng)絡(luò)通信提高近10 倍,使通信過程更為順暢。 第二,從信號(hào)傳送延時(shí)的角度看。 5G 可以達(dá)到毫秒級(jí)傳送時(shí)延,為即時(shí)通信提供了非常好的技術(shù)基礎(chǔ)。 第三,從連接能力角度看。 5G 技術(shù)不僅可以承載千億級(jí)連接能力,全方面改善互聯(lián)網(wǎng)性能,還可以承載更多設(shè)備端口,存儲(chǔ)更多的數(shù)據(jù)量,使時(shí)延體驗(yàn)無(wú)限逼近于“零”。 信息化、數(shù)字化社會(huì)經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展離不開5G。 5G 技術(shù)將于逐步成為現(xiàn)代移動(dòng)通信的技術(shù)基礎(chǔ),并應(yīng)用到社會(huì)生產(chǎn)生活中。

1 5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的特點(diǎn)和研究現(xiàn)狀

1.1 5G 網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)

與4G 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相比,5G 網(wǎng)絡(luò)的性能明顯提高,具體表現(xiàn)為以下4 個(gè)方面。 第一,5G 網(wǎng)絡(luò)大幅提升了移動(dòng)通信的數(shù)據(jù)傳輸水平,以適應(yīng)在相同基站內(nèi)應(yīng)用時(shí)對(duì)移動(dòng)通信的多樣化要求。 第二,高效的傳送數(shù)據(jù)能力能確保網(wǎng)絡(luò)用戶設(shè)備終端密切鏈接無(wú)線段,從而獲得有效的數(shù)據(jù)信息支撐。 第三,5G 網(wǎng)絡(luò)確保了網(wǎng)絡(luò)資源的合理有效分享,通過全方面提升空閑網(wǎng)絡(luò)資源的利用率,可以增加高頻段或頻譜資源在移動(dòng)通信過程中的有效使用。 第四,5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以在提高通信品質(zhì)的同時(shí),極大地減少運(yùn)營(yíng)成本。

1.2 5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的特性

面向業(yè)務(wù)和使用環(huán)境條件的特殊性,5G 網(wǎng)絡(luò)根據(jù)《5G 白皮書》具體界定了面向使用與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)的特殊場(chǎng)景[1]。 首先,eMBB 場(chǎng)景。 重點(diǎn)面向的是當(dāng)前為滿足市場(chǎng)需要,而進(jìn)行合理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)以及使用5G 技術(shù)的移動(dòng)寬帶服務(wù)場(chǎng)合。 其次,mMTC 場(chǎng)景。 重點(diǎn)確定了在6 GHz 以下的頻率為重點(diǎn)建設(shè)領(lǐng)域,重點(diǎn)面向以物聯(lián)網(wǎng)及NB-IoT 技術(shù)為重要內(nèi)涵且建設(shè)規(guī)模較大、對(duì)能耗要求低的區(qū)域,重點(diǎn)關(guān)注在人和物相結(jié)合。 最后,uRLLC 場(chǎng)景。 重點(diǎn)運(yùn)用在汽車制造業(yè)、機(jī)車工業(yè)等服務(wù)行業(yè),以提高互聯(lián)網(wǎng)科技的使用能力。

1.3 5G 網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)現(xiàn)狀

通信科學(xué)技術(shù)在近年來(lái)發(fā)展快速,并不斷更新與迭代,人們通過反思過去技術(shù)中所出現(xiàn)的不足與問題,由2G,3G,4G 逐步發(fā)展至5G,基本完成了關(guān)鍵科技的跨越,隨著經(jīng)濟(jì)信息化程度提高,現(xiàn)代數(shù)字化經(jīng)濟(jì)發(fā)展,人民的生活品質(zhì)得到了明顯改善[2]。 所以,作為新型的通信技術(shù),5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已成為社會(huì)科學(xué)家、技術(shù)研究專家的重點(diǎn)研究領(lǐng)域。

1.4 對(duì)5G 網(wǎng)絡(luò)工程的支持力度加大

近年來(lái),我國(guó)正逐漸加強(qiáng)對(duì)5G 網(wǎng)絡(luò)工程的支持力度,并加快了有關(guān)5G 網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)工作。 不管是之前的2G/3G/4G 技術(shù),還是今后將要在國(guó)內(nèi)全面鋪開的5G技術(shù),都全面反映了通信科技為中國(guó)人民日常生活所帶來(lái)的巨大影響。 與傳統(tǒng)的2G/3G/4G 技術(shù)相比,5G技術(shù)在提高信息網(wǎng)絡(luò)資源的科學(xué)利用、提高數(shù)據(jù)的傳輸速度等方面都具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì),再加上5G 通信技術(shù)的高靈活性特點(diǎn),使其可以與其他網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)以及無(wú)線等移動(dòng)信息技術(shù)更高效的融合,從而為通信科技的發(fā)展提供更多的機(jī)會(huì)。

2 5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展規(guī)劃步調(diào)

2013 年年中時(shí),中國(guó)已進(jìn)行了關(guān)于5G 聯(lián)網(wǎng)科技蓬勃發(fā)展的關(guān)鍵性指標(biāo)研究,并在2 年內(nèi)就中國(guó)第5 代互聯(lián)網(wǎng)通信科技的發(fā)展愿景、應(yīng)用要求、關(guān)鍵技術(shù)特征、關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)等方面問題做出了更深入的討論。2018—2019 年,網(wǎng)絡(luò)研究的技術(shù)發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于預(yù)測(cè),通信服務(wù)提供者和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商對(duì)5G 科技的發(fā)展節(jié)奏和預(yù)測(cè)都相對(duì)樂觀。 5G 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)發(fā)展速度明顯快于前幾代。 當(dāng)時(shí)專家認(rèn)為,到2019 年網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商對(duì)5G科技的ITU 要求和對(duì)發(fā)展節(jié)奏的管理將會(huì)更加完備,并會(huì)形成較完善的5G 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[3]。

3 5G 應(yīng)用場(chǎng)景以及相關(guān)要求

通過ITU 所提出和規(guī)劃的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)景,在eMBB現(xiàn)場(chǎng)、mMTC 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)以及URLLC 規(guī)范的實(shí)際應(yīng)用中,5G 技術(shù)再增加現(xiàn)場(chǎng)信息力度,過濾海量的信息,提高工作效率,降低成本等方面都給出了針對(duì)不同場(chǎng)合的細(xì)化需求。 5G 通信網(wǎng)絡(luò)研究的另一項(xiàng)十分關(guān)鍵的特征,便是更高的安全性和更少的延遲特性。 通過分析移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng),有助于在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)情景中更好地將連續(xù)廣域范圍情景與熱點(diǎn)高容量情景加以較好的區(qū)別與處理。

4 5G 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工作要點(diǎn)分析

4.1 明確了5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)無(wú)線上網(wǎng)規(guī)劃中所產(chǎn)生的環(huán)境影響問題

當(dāng)5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)正式投入使用以后,就必須對(duì)接入的現(xiàn)有信息系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)加以整合和處理,使5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有效納入當(dāng)前的無(wú)線上網(wǎng)中,勢(shì)必也會(huì)對(duì)其產(chǎn)生相應(yīng)的環(huán)境擾動(dòng)和負(fù)面影響,主要是對(duì)無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備運(yùn)行工作模式,及其對(duì)以往的設(shè)備運(yùn)營(yíng)工作狀態(tài)產(chǎn)生直接影響。 為充分保證5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之間的進(jìn)一步融合,必須將傳統(tǒng)形態(tài)下的無(wú)線傳輸介質(zhì)接在網(wǎng)室內(nèi)基帶處理工作單元與CU/DU 工作模板之間進(jìn)行有效整合,使遠(yuǎn)部射頻模塊和移動(dòng)5G 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)天線系統(tǒng)模板之間高效融合,從而進(jìn)一步發(fā)展成AAU 一體化工作模板,促進(jìn)5G 無(wú)線接入網(wǎng)的信息化發(fā)展,促進(jìn)傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)向智能化和專業(yè)化發(fā)展。 但在進(jìn)行無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)工作的過程中,傳統(tǒng)形勢(shì)下的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工作方式和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)維工作體系之間仍然存在一些問題和不足,并不完全適用于新型的5G 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行工作模式,因此需要根據(jù)5G 接入網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)的工作特點(diǎn),充分發(fā)揮出5G 網(wǎng)絡(luò)信息快速傳輸?shù)墓ぷ鲀?yōu)勢(shì),提高無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸工作效率,對(duì)以往的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)展開整改與規(guī)劃,有針對(duì)性地完成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布局[4]。

4.2 全面加強(qiáng)5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與關(guān)鍵性技術(shù)的集成應(yīng)用

通過對(duì)這些內(nèi)容分析可以發(fā)現(xiàn),根據(jù)中國(guó)萬(wàn)物互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)工作特點(diǎn),5G 互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用過程中的使用范圍更廣,服務(wù)場(chǎng)景更為多樣,數(shù)據(jù)信號(hào)的傳遞效率也更快,用戶的體驗(yàn)感更好。 5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有低延遲、高可靠性和低功耗的高效傳輸特性。 為了充分明確5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的未來(lái)發(fā)展方向,在5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越完善的條件下,相關(guān)工作人員需要在5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用中合成多種關(guān)鍵性技術(shù)內(nèi)容,充分保證無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工作的科學(xué)性和合理性。

4.3 使用新型空口技術(shù)

新型空口技術(shù)主要是用于提高頻譜工作效率,比較常見的新型空口技術(shù)在使用過程中主要涵蓋大規(guī)模的MIMO 技術(shù),其采取多輸入、多輸出系統(tǒng)模式及5G低頻新空口技術(shù)等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)。 基于大規(guī)模MIMO 技術(shù)的應(yīng)用可以進(jìn)一步改善信息通信效率和質(zhì)量形成天線陣列,有效完成大規(guī)模數(shù)據(jù)的同步傳輸,還可以有效防止相同性的信息傳輸過程中產(chǎn)生的干擾性問題,全面提高信息通信效率和穩(wěn)定性,提高通信系統(tǒng)的頻譜效率,避免出現(xiàn)信息傳輸過程中產(chǎn)生失真等各種問題。

4.4 針對(duì)5G 接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而進(jìn)行的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

首先,在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)模布置方面。 應(yīng)按照預(yù)先計(jì)劃、配套現(xiàn)象的原則,根據(jù)5G 接入網(wǎng)核心建設(shè)模塊的結(jié)構(gòu)特征和區(qū)域服務(wù)要求,對(duì)設(shè)備機(jī)房做出科學(xué)的規(guī)劃。 其次,需要合理選擇移動(dòng)5G 頻譜措施,因?yàn)槠浜?G 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的部署質(zhì)量之間,有很密切的聯(lián)系。 通常來(lái)講,5G 的網(wǎng)絡(luò)頻段主要包括低頻率段、高頻段二種。在網(wǎng)絡(luò)中,低頻段最需要處理的問題是6 Hz 以下低頻段資源不夠,可以將已有的部分2G,3G 和4G 退網(wǎng)撤頻。 為了給5G 網(wǎng)留下更多的空間資源,需要對(duì)零散頻段和頻譜資源加以重耕。 對(duì)于高頻段,則需針對(duì)無(wú)線傳輸狀況和要求做好調(diào)研了解,并針對(duì)“理想異質(zhì)化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)”的規(guī)劃要求,合理做好基站選擇工作,針對(duì)5G 的使用場(chǎng)景合理選用組網(wǎng)技術(shù)。 此外,還可以運(yùn)用高低頻率混合組網(wǎng)形式,對(duì)網(wǎng)絡(luò)特性實(shí)行了深入優(yōu)化。 最后,通過預(yù)先開展的5G 接入試點(diǎn)工作,對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)性能和服務(wù)品質(zhì)加以了解與把握,并根據(jù)5G 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)中出現(xiàn)的技術(shù)問題有針對(duì)性地做出改善,以便更好地滿足用戶的上網(wǎng)要求,提升接入網(wǎng)服務(wù)體驗(yàn)性能,推動(dòng)網(wǎng)站設(shè)計(jì)、施工與業(yè)務(wù)管理方面的全面優(yōu)化[5]。

4.5 路線和場(chǎng)景技術(shù)

路線與場(chǎng)景信息技術(shù)和5G 網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)之間的高效融合和運(yùn)用,將能有效克服在無(wú)線局域網(wǎng)信號(hào)傳送過程中存在的功率劑量過大、信號(hào)傳送可靠性少等問題,不僅能夠?qū)崿F(xiàn)將更高頻段的頻譜資源高速傳送,提高信號(hào)資源在傳送過程中的效率和穩(wěn)定性,還能合理銜接高頻通信技術(shù)方法和終端信息系統(tǒng),有效縮短信息傳輸工作的距離,提高信息傳輸工作的效率。 在有效提高信號(hào)傳遞效果的前提下,可以減少頻譜資源的損失率。 與此同時(shí),在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)工作流程中,可利用高低頻率作為其中的重要協(xié)作工作理論,并結(jié)合干擾辨識(shí)和抗干擾管理等多種技術(shù)方式,有效地提升無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信息容量和信息傳遞效率,避免在信息傳輸過程中無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)受到外部環(huán)境因素的干擾而產(chǎn)生偏差問題[6]。

4.6 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)

5G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)的有效應(yīng)用,可以全面提高無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的通信效率和質(zhì)量,保證無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在充分滿足上述不同場(chǎng)景的信息通信性能的需求條件下,提高整個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)轉(zhuǎn)工作質(zhì)量和穩(wěn)定性。 在針對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用工作流程中,有關(guān)人員必須把軟件定義網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)功能區(qū)的基本方法視為對(duì)該項(xiàng)工作的最基本要求,如此才能實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的高效整合。 在整個(gè)5G 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)工作當(dāng)中,必須對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)基站的主體功能進(jìn)行全面細(xì)分,確?；灸軌蛐纬蓡我坏南到y(tǒng)控制工作單元和分布式監(jiān)控工作單元二個(gè)功能主體[7]。 其中,系統(tǒng)控制工作單元只有應(yīng)用于非實(shí)時(shí)化的無(wú)線高程協(xié)議工作中,才能完全完成對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的有效管理;而分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)控制單元,主要應(yīng)用于物理層和實(shí)時(shí)化業(yè)務(wù)層中,能夠完成無(wú)線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的專業(yè)化管理,提高無(wú)線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的整體計(jì)算水平和信息處理工作效果。

4.7 組織實(shí)施試點(diǎn)工作,通過試驗(yàn)提高接入網(wǎng)業(yè)務(wù)體驗(yàn)性能

面對(duì)人數(shù)增加而產(chǎn)生的通訊要求日益提高,世界各國(guó)都明確提出了改進(jìn)無(wú)線通信技術(shù)的要求,而5G 網(wǎng)絡(luò)就以其在多方位的突出優(yōu)點(diǎn),作為科技研發(fā)的第一選項(xiàng)。 鑒于目前5G 網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在世界各地引起了普遍重視,本文重點(diǎn)研究怎樣利用突破當(dāng)前的關(guān)鍵技術(shù)問題,以形成科技和工業(yè)雙向并重發(fā)展的新態(tài)勢(shì),同時(shí)進(jìn)行示范區(qū)網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)也是技術(shù)研發(fā)中必須注意的要點(diǎn)[8]。 首先,試驗(yàn)示范區(qū)作為有關(guān)技術(shù)人員熟悉5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及入網(wǎng)服務(wù)的重要起步地,要加強(qiáng)有關(guān)技術(shù)人員對(duì)組網(wǎng)流程的理解,促進(jìn)5G 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究的進(jìn)一步優(yōu)化,對(duì)進(jìn)一步提升在雙網(wǎng)融合工作過程中的高效網(wǎng)絡(luò)安全組織部署設(shè)置,具有積極正面的深遠(yuǎn)影響。 其次,從區(qū)域內(nèi)應(yīng)用需要來(lái)看,網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)的實(shí)施不但可以根據(jù)使用者的具體感受感知,優(yōu)化感受度,而且也以當(dāng)前的社會(huì)通信需求特點(diǎn)為歷史背景,透過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)為人們生產(chǎn)生活快速發(fā)展賦予了方便,是5G 網(wǎng)絡(luò)規(guī)?；\(yùn)營(yíng)的重要技術(shù)保證。 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)高速發(fā)展已然成為中國(guó)信息化時(shí)代的主旋律,經(jīng)過加大投入與廣泛建立相關(guān)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用試點(diǎn),再加上高精尖技術(shù)研發(fā)隊(duì)伍堅(jiān)持不懈的研究,5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將融入各個(gè)信息化應(yīng)用領(lǐng)域中,以滿足用戶需要與感受為中心,以動(dòng)態(tài)切片方法為主,進(jìn)行性能獨(dú)立的通信業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)切片,更為科學(xué)合理地對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行合理分配與使用[9-10]。

5 結(jié)語(yǔ)

為適應(yīng)未來(lái)實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互通的需求,在新空口的各種技術(shù)指標(biāo)影響下,要充分考慮為應(yīng)用帶來(lái)信息更為協(xié)調(diào)統(tǒng)一的連接感受。 重新科技的視角與層面出發(fā),對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋下的應(yīng)用提出以用戶為中心的新連接模式。 例如,關(guān)于UCN 的連接模塊,運(yùn)用新網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)可以給應(yīng)用帶來(lái)信息資源共享。