探究蜂窩結(jié)構(gòu)與5G無線通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)

阮學(xué)敏

廣東省電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 湛江 524000

探究蜂窩結(jié)構(gòu)與5G無線通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)

阮學(xué)敏

廣東省電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 湛江 524000

隨著社會(huì)的發(fā)展與時(shí)代的進(jìn)步，近幾年我國(guó)的科技、經(jīng)濟(jì)水平有了全面提高。信息時(shí)代的到來為各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展提供了全新的視閾。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步與移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)的不斷革新，正在不斷地方便著人們的日常生活與學(xué)習(xí)?？萍嫉难杆侔l(fā)展，使得各種無線移動(dòng)設(shè)備廣泛普及，而為了應(yīng)對(duì)日益增長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)需求和不斷增長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，無線系統(tǒng)設(shè)計(jì)師已經(jīng)開始研究5G無線通信。立足于其發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)蜂窩結(jié)構(gòu)與5G無線通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。

蜂窩結(jié)構(gòu)；5G無線通信；通信網(wǎng)絡(luò)；關(guān)鍵技術(shù)

伴隨著改革開放的日益深入，我國(guó)綜合國(guó)力有了全面提升。經(jīng)濟(jì)與科技等方面的快速發(fā)展，為各個(gè)行業(yè)的發(fā)展提供了“新動(dòng)力”。就無線移動(dòng)通信技術(shù)而言，其取得巨大成功在某種程度上面也反映了技術(shù)的創(chuàng)新與快速發(fā)展。從1991年2G系統(tǒng)發(fā)布，到2001年3G系統(tǒng)的應(yīng)運(yùn)而生。無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已經(jīng)從單一的電話通信系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硕喙δ艿亩嗝襟w系統(tǒng)。因此，對(duì)蜂窩結(jié)構(gòu)與5G無線通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究有著鮮明的現(xiàn)實(shí)意義。

1 無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)現(xiàn)階段面臨的挑戰(zhàn)與4G無線通信網(wǎng)絡(luò)

基于3G系統(tǒng)已經(jīng)不能很好地滿足現(xiàn)階段的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，4G無線通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在人們的生活中逐漸普及，其設(shè)計(jì)的主要目的是為了滿足IMT-A使用過程中的IP服務(wù)要求。在4G無線通信網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，應(yīng)用了很多先進(jìn)的無線電網(wǎng)絡(luò)接口技術(shù)，例如較為常見的多輸入多輸出技術(shù)、鏈路自適應(yīng)技術(shù)等。不得不說4G無線通信網(wǎng)絡(luò)在目前的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中可以很好地解決“繁忙”問題。其在低移動(dòng)狀態(tài)下，網(wǎng)絡(luò)支持率可以支持1 Gbit/s 的數(shù)據(jù)傳輸。而4G無線通信網(wǎng)絡(luò)真正意義上的普及，是其 LTE 系統(tǒng)在世界范圍內(nèi)的廣泛部署。但是即使 4G無線通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，隨著移動(dòng)終端用戶的不斷增多，越來越的人對(duì)網(wǎng)絡(luò)接入提出了更高的要求。而具有先進(jìn)的通信功能與多樣化的多媒體工程的智能手機(jī)與筆記本電腦為網(wǎng)絡(luò)帶來了新的阻力。并且這些先進(jìn)設(shè)備的普及，也導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)量的激增。根據(jù)世界無線網(wǎng)絡(luò)研究論壇給出的觀點(diǎn)，世界將會(huì)在2017年迎來7萬億的無線設(shè)備使用。并且直接接受服務(wù)的人群將會(huì)遍及社會(huì)各個(gè)層面，而其服務(wù)的總量將會(huì)達(dá)到 70億人。換一種方式來對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)行形容，“網(wǎng)絡(luò)連接的設(shè)備數(shù)量將會(huì)達(dá)到世界總?cè)丝诹康?000倍?！倍S著更多的無線設(shè)備被接入到網(wǎng)絡(luò)之后，無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境面臨的挑戰(zhàn)將會(huì)越來越多[1]。

其中較為明顯的挑戰(zhàn)之一便是蜂窩通信當(dāng)中，無線頻譜資源的稀缺。針對(duì)蜂窩手機(jī)的基本特征來說，其設(shè)備內(nèi)部使用的是超高頻頻段，其基本的頻段分布為幾兆赫到幾吉赫茲。但是經(jīng)過我們的了解發(fā)現(xiàn)，很多運(yùn)營(yíng)商在使用這些頻譜資源的過程是十分困難的。另一方面的挑戰(zhàn)是，對(duì)于先進(jìn)的無線技術(shù)來說，其基本的商用價(jià)值較高，但是相對(duì)的能耗也很高。實(shí)際上能耗高的問題并不是4G無線通信網(wǎng)絡(luò)初期考慮的問題，但是卻成為了發(fā)展后期的問題之一[2]。

2 5G無線通信網(wǎng)絡(luò)的蜂窩結(jié)構(gòu)

為了很好地解決上訴挑戰(zhàn)問題，應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)需求量的逐漸增加，5G無線通信網(wǎng)絡(luò)被納入了發(fā)展章程當(dāng)中。而為了更好地滿足5G系統(tǒng)的需求，我們則需要在蜂窩結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上進(jìn)行創(chuàng)新。根據(jù)了解我們知道，無線用戶一天有80%的時(shí)間待在室內(nèi)。但是無論其待在哪一個(gè)地方，傳統(tǒng)的小區(qū)結(jié)構(gòu)好都是將室外基站建立在移動(dòng)通信小區(qū)的中間。而墻體及其他障礙物將會(huì)導(dǎo)致很大程度的穿透損耗。5G 系統(tǒng)的蜂窩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分室外和室內(nèi)兩種場(chǎng)景，其主要目的就是避免墻體及其他障礙物的滲透損失。在分布式天線系統(tǒng)和MIMO 技術(shù)的整體環(huán)境之下，在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)基站上面部署幾十個(gè)或者幾百個(gè)天線陣列[3]。

3 5G 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 大規(guī)模MIMO

MIMO系統(tǒng)是依靠多多個(gè)天線所組成的系統(tǒng)。因此，其在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)輸?shù)目煽啃苑矫妫茉葱в梅矫鎸?huì)有突出的表現(xiàn)。在MIMO系統(tǒng)當(dāng)中，無論是接收器或是發(fā)射器都配置了大量的天線元件。大規(guī)模MIMO系統(tǒng)除了擁有傳統(tǒng)MIMO系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)以外，還具有能源利用率高等特點(diǎn)。在大規(guī)模的 MIMO系統(tǒng)當(dāng)中，噪聲影響會(huì)消失，通過合理利用 MIMO，還可以實(shí)現(xiàn)MAC 層的算法簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)[4]。

3.2 認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)

CR網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)創(chuàng)新型的無線網(wǎng)絡(luò)軟件技術(shù)。其一經(jīng)出現(xiàn)便被譽(yù)為了一個(gè)具有良好前景的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中采用CR 網(wǎng)絡(luò)，將會(huì)使無線電頻譜在短時(shí)間內(nèi)得到充分使用。CR 網(wǎng)絡(luò)將會(huì)自動(dòng)感知周圍的網(wǎng)絡(luò)傳輸效率，并且會(huì)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。并且在CR 網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，可以利用用戶沒有使用過的頻譜資源。而在抗干擾的CR網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，用戶可以與授權(quán)系統(tǒng)共享資源[5]。

3.3 綠色通信

5G無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)在最大限度上面考慮能耗問題，實(shí)現(xiàn)無線通信領(lǐng)域的綠色化。而減少能耗問題也是世界各地網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用商亟需解決的問題之一。減少網(wǎng)絡(luò)能耗將會(huì)減少二氧化碳的排放量。VLC 技術(shù)與毫米波技術(shù)則被認(rèn)為是高效節(jié)能的有效方法。例如在 VLC 系統(tǒng)中，一個(gè)燈泡消耗的能量比其 RF的等價(jià)傳送環(huán)境下數(shù)據(jù)消耗的能量少很多[6]。

4 結(jié)論

無線通信系統(tǒng)已經(jīng)成為了我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與社會(huì)建設(shè)的主要原動(dòng)力。為滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)需求，無線通信系統(tǒng)還應(yīng)不斷發(fā)展。綜上所述，5G無線通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)于滿足日益增長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)有著鮮明的現(xiàn)實(shí)意義。本文結(jié)合概念型5G無線通信網(wǎng)絡(luò)，利用蜂窩結(jié)構(gòu)構(gòu)建了一個(gè)基本模型，探討了可以滿足5G無線通信網(wǎng)絡(luò)的一些具有較好發(fā)展前景的關(guān)鍵技術(shù)。

[1]王新玲.面向 5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)綠色通信關(guān)鍵技術(shù)研究[D].成都：電子科技大學(xué)，2015.

[2]吳杰.面向 5G的無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)研究[D].南京：東南大學(xué)，2015.

[3]雷秋燕，張治中，程方，胡昊南.基于C-RAN的5G無線接入網(wǎng)架構(gòu)[J].電信科學(xué)，2015（1）：112-121.

[4]周一青，潘振崗，翟國(guó)偉，田霖.第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)5G標(biāo)準(zhǔn)化展望與關(guān)鍵技術(shù)研究[J].數(shù)據(jù)采集與處理，2015（4）：714-724.

[5]陳山枝.發(fā)展5G的分析與建議[J].電信科學(xué)，2016（7）：1-10.

[6]馮偉龍.超密集網(wǎng)絡(luò)（UDN）的性能分析與關(guān)鍵技術(shù)研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2016.

Research on the Key Technologies of Cellular Structure and 5G Wireless Communication Network

Ruan Xuemin
Guangdong Telecom Planning & Design Institute Co., Ltd., Guangdong Guangzhou524000

With the development of society and the progress of the times, in recent years, China’s science and technology,economic level has been a comprehensive improvement. The arrival of the information age provides a new perspective for the development of various fields. With the development of computer network technology and the continuous innovation of mobile Internet technology, people's daily life and learning. The rapid development of science and technology, making all kinds of wireless mobile devices have been widely used, and in order to cope with the growing demand of network, network data increasing, wireless system designers have begun research on 5G wireless communication. Based on the present situation, the key technologies of cellular structure and 5G wireless communication network are studied.

cellular structure; 5G wireless communication; communication network; key technology

TN929.5

A

1009-6434（2017）3-0003-02