5G移動通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)概述

傅 淼

（1.太原理工大學(xué)， 山西 太原 030024；2.中國移動通信集團山西有限公司五寨縣分公司， 山西 忻州 034000）

引言

近幾年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，移動網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)也在不斷進步。以每十年為一個周期，2G、3G、4G技術(shù)在不斷更新?lián)Q代，雖然相較于移動通信技術(shù)最初發(fā)展時，現(xiàn)在的數(shù)據(jù)傳輸效率已經(jīng)獲得了極大提高，但是在信息爆炸的當(dāng)下，這樣的傳輸速率仍然不能滿足信息傳遞的需要，因此，5G技術(shù)的研究勢在必行。5G技術(shù)的研究受到了國家極大的重視，早在2016年，我國就展開了5G關(guān)鍵技術(shù)的研究。在當(dāng)前的世界范圍內(nèi)，5G技術(shù)也沒有一個準(zhǔn)確的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，所以我國也就這方面內(nèi)容展開了積極的探索。本文針對5G技術(shù)的研究現(xiàn)狀展開闡述，以期為5G技術(shù)的研究作出貢獻。

1 5G技術(shù)發(fā)展趨勢綜述

5G通信提出得很早，在2012的時候已經(jīng)受到了世界各國的密切關(guān)注，國際電信聯(lián)盟（ITU）于2015年正式承認(rèn)了5G技術(shù)的研究，至此5G技術(shù)的研究步入正軌[1]。

我國關(guān)于5G通信技術(shù)的探索源于2009年，由華為公司提出并展開研究。工信部對于5G技術(shù)的研發(fā)以及標(biāo)準(zhǔn)的制定給予了足夠的重視，工信部研發(fā)組于2016年-2018年對于5G技術(shù)分別進行了關(guān)鍵技術(shù)實驗、技術(shù)方案驗證及系統(tǒng)驗證三個階段的實驗。我國與國際電信行業(yè)充分接軌，對促進5G技術(shù)盡快投入商用作出了自己的貢獻，并于2016年推動召開了第一屆“構(gòu)建5G技術(shù)生態(tài)”主題大會，在會上與歐美等國展開合作，建立合作機制，為推動5G技術(shù)的研發(fā)和有效利用作出貢獻。

總體來說，5G技術(shù)的應(yīng)用是一個必然的趨勢，所以要想在電信市場中占得先機，就必須積極研發(fā)5G通信技術(shù)，建立5G通信機制。

2 5G技術(shù)的特點

2.1 注重用戶體驗

相較于以往的通信技術(shù)，5G技術(shù)在用戶體驗方面取得了突破，網(wǎng)絡(luò)覆蓋更全面。5G技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)覆蓋方面是4G技術(shù)不能與之相比的，強大的網(wǎng)絡(luò)覆蓋面使用戶在任何地方都可以快速連接到網(wǎng)絡(luò)，能夠給用戶絕佳的使用體驗。如果說4G技術(shù)的突破點在網(wǎng)絡(luò)速度的話，那么5G技術(shù)的突破點就在覆蓋范圍[2]。

2.2 降低功耗

當(dāng)前我國通信技術(shù)方面以4G為主，但是耗電量大，對于手機電池的要求較高，當(dāng)前我國使用的智能設(shè)備，最主要的問題不在網(wǎng)速，而在于耗電量。5G技術(shù)的研發(fā)使這個問題得到解決，較低的功耗將會解決電子設(shè)備耗電量大的問題，使用戶得到更好的使用體驗。

2.3 熱點高容量

當(dāng)前的4G通信技術(shù)雖然網(wǎng)絡(luò)傳輸量很大，但是在人口密集、電子設(shè)備使用較多的區(qū)域會出現(xiàn)卡頓的現(xiàn)象，5G通信的熱點高容量解決了這個問題。熱點高容量的特點是5G技術(shù)即使在人口密度大的地方也能平均分配傳輸速率，避免出現(xiàn)卡頓的現(xiàn)象。

2.4 端到端性能提高

當(dāng)前的智能設(shè)備會不間斷地運行某些程序，如智能手機等，所以需要不斷發(fā)送消息給服務(wù)器，但是這樣做就會使端到端性能變差，影響用戶體驗。5G技術(shù)以其良好的端到端性能解決了這個問題，端到端性能的提高使5G用戶不會再出現(xiàn)信息發(fā)送遲緩的現(xiàn)象了。

3 5G通信的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 密集的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)

當(dāng)前我國的智能設(shè)備普及率很高，到2020年5G技術(shù)正式投入商用后，我國移動數(shù)據(jù)的傳輸流量將會翻倍增長，所以，為了便于數(shù)據(jù)流通，未來的5G通信的核心技術(shù)之一就是超密集的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。為了保證5G網(wǎng)絡(luò)能在1 000倍的流量傳輸增長的情況下平穩(wěn)運行，就要減少小區(qū)半徑，增加低功率節(jié)點的設(shè)置。

5G技術(shù)投入商用時的無線節(jié)點數(shù)量將是現(xiàn)在的10倍以上，各個節(jié)點之間的距離將會縮短到10 m以內(nèi)，同時，1 km2的節(jié)點能支持25 000個用戶同時使用，甚至可以保證每個無線節(jié)點都能對應(yīng)為一名用戶提供服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的密集部署拉近了與智能終端的距離，能有效提高網(wǎng)速，給用戶良好的使用體驗。超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)雖然促進了5G通信的技術(shù)突破，但是也存在著一些技術(shù)難題，最主要的問題就是節(jié)點間距離減少，網(wǎng)絡(luò)部署變得密集，就會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)干擾的更頻繁發(fā)生，但是當(dāng)前的通信技術(shù)智能協(xié)調(diào)單個干擾源的問題，對于這種密集的網(wǎng)絡(luò)部署引發(fā)的互相干擾問題難以解決，這也是5G通信技術(shù)目前需要解決的一個問題。

3.2 D2D通信技術(shù)

5G通信的特點之一就是端到端性能的提高，所以D2D通信技術(shù)也是5G通信的核心技術(shù)之一。早在2013年，5G技術(shù)剛剛興起的時候，D2D技術(shù)的研發(fā)就受到了世界各國的重視，目前D2D技術(shù)的研究已經(jīng)對4G、5G通信產(chǎn)生了極大影響。在D2D技術(shù)發(fā)展的初期，通信還需要通過基站來協(xié)調(diào)，發(fā)展到目前為止，已經(jīng)可以在基站完全不參與的情況下進行通信，目前我國對于D2D技術(shù)的研究重點已經(jīng)變成了如何通過D2D設(shè)備使不在通信基站覆蓋區(qū)域的設(shè)備也能連入蜂窩網(wǎng)絡(luò)，這可以極大地擴大網(wǎng)絡(luò)覆蓋面，并且能夠提高用戶體驗。對比藍牙以及WIFI技術(shù)，D2D技術(shù)能夠在通信距離延長的情況下保證通信質(zhì)量不變，能夠極大地提高用戶的使用體驗。D2D技術(shù)不僅能夠保證更快的傳輸速率，還會減少傳輸過程中的網(wǎng)絡(luò)延遲，這也是5G通信更為優(yōu)越的地方。但是當(dāng)前D2D技術(shù)也存在著一些難題，它的傳播方式有限，且更為復(fù)雜，因此也更難調(diào)度，因此如何解決這個問題也是目前研究者研究的方向之一[3]。

3.3 毫米波通信技術(shù)

毫米波理論主要有兩部分，分別是向高頻延伸的微波和向低頻發(fā)展的光波。目前世界范圍內(nèi)使用的通信波頻段資源非常緊缺，但是毫米波頻段的資源是非常豐富的，同時還沒有投入使用，因此5G通信的第三個核心技術(shù)就是毫米波通信技術(shù)。5G通信將研究的主要波段集中在9.9～86 GHz之間，以LTE技術(shù)為基礎(chǔ)進行關(guān)于網(wǎng)絡(luò)覆蓋面的研究。當(dāng)前基站的天線規(guī)模呈逐漸上升的趨勢，所以為了能在有限的空間內(nèi)放置盡量多的天線，就要求用于通信的波長維持在一個穩(wěn)定的區(qū)間，不能太長。目前我國在通信波長的研究方面取得了一些成就，在28 GHz毫米波頻段上，已經(jīng)成功使網(wǎng)絡(luò)傳輸速率達到了100 bps，這個速率可以極大地提高用戶的網(wǎng)速，提高其使用體驗。由此可見，5G通信應(yīng)用毫米波通信技術(shù)可以在未來互聯(lián)網(wǎng)、低時延性的虛擬現(xiàn)實等的研究方面作出貢獻。

3.4 信息中心網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

當(dāng)前的通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展使得用戶對于音頻、視頻等的質(zhì)量要求越來越高，這就導(dǎo)致傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信不能有效分發(fā)大量的數(shù)據(jù)流量，因此就需要在5G通信實行的時候應(yīng)用信息中心網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，這項技術(shù)可以有效地分發(fā)流量信息，和傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)體系不同，信息中心體系不適宜主機地址為中心，而是以信息為中心，這樣做能夠?qū)崿F(xiàn)路由緩存信息數(shù)據(jù)、多播傳遞信息等，以更快捷的傳播速率提高用戶的使用體驗，從而解決網(wǎng)絡(luò)延遲的問題。但是信息中心網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也有不足的地方，盡管它對于現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)傳輸問題能夠進行有效的解決，但是在數(shù)據(jù)移動以及網(wǎng)絡(luò)部署等方面的不足也是十分明顯的，尤其是當(dāng)前的IP網(wǎng)絡(luò)運行了幾十年，已經(jīng)形成較為成熟的體系，但是信息中心網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)是對IP網(wǎng)絡(luò)的一個挑戰(zhàn)，當(dāng)前研究者應(yīng)該就信息中心網(wǎng)絡(luò)和IP網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合方面展開研究，爭取早日解決這個問題[4]。

[1]余莉，張治中，程方，等.第五代移動通信網(wǎng)絡(luò)系架構(gòu)機器關(guān)鍵技術(shù)[J].重慶郵電大學(xué)學(xué)報，2016，26（4）：427-433．

[2]李喬.融合型內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2014．

[3]周代衛(wèi)，王正也，周宇，等.5G終端業(yè)務(wù)發(fā)展趨勢及技術(shù)挑戰(zhàn)[J].電信網(wǎng)技術(shù)，2015（3）：64-68．

[4]李路鵬，熊尚坤，王慶揚.5G技術(shù)展望[C]//2013年度全國無線及移動通信學(xué)術(shù)大會論文集.青島：中國學(xué)術(shù)期刊電子雜志出版社，2013：14-16．