5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)綠色通信的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)

崔玉柱 沙巍

摘要

4G網(wǎng)絡(luò)相對(duì)于3G網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)速度、網(wǎng)絡(luò)延時(shí)、網(wǎng)絡(luò)容量上都有了很大的提升，但是隨著我國(guó)智能化技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)有的4G技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足人們對(duì)于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的要求。隨著無(wú)人駕駛、高清影視等等業(yè)務(wù)的興起，4G網(wǎng)絡(luò)向5G網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變已經(jīng)是必然的趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò) 綠色通訊 關(guān)鍵技術(shù)

如今的4G網(wǎng)絡(luò)想要向5G網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變，還需要解決很多技術(shù)上和硬件上的問(wèn)題。譬如說(shuō)5G網(wǎng)絡(luò)中需要考慮到更大的流量消耗，更嚴(yán)格的延時(shí)需求，更精準(zhǔn)的移動(dòng)業(yè)務(wù)等等。先現(xiàn)有的4G網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備上，還存在的比較嚴(yán)重的能耗問(wèn)題，如何解決5G硬件設(shè)備中的能耗問(wèn)題，成為SG技術(shù)推廣的關(guān)鍵因素之一。

1 5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展方向

為了實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、速度的要求，現(xiàn)有通訊技術(shù)必須從以下幾大方面突進(jìn)。

對(duì)UDN（超密集部署）技術(shù)的進(jìn)一步研究，在單位面積內(nèi)布置更多的基站和信號(hào)節(jié)點(diǎn)，提高負(fù)載分流效率，進(jìn)而提高單位面積的頻譜利用效率，減少在同一區(qū)域中同頻同時(shí)頻率的干擾概率。

為了實(shí)現(xiàn)更快的網(wǎng)絡(luò)速度，需要從頻譜使用范圍內(nèi)下手研究。在未來(lái)技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，毫米波通訊自身的缺陷性會(huì)被克服，進(jìn)而被5G通訊技術(shù)利用。同時(shí)5GHZ Wife的通訊波也可以作為5G通訊信號(hào)的一個(gè)新的補(bǔ)充，進(jìn)而擴(kuò)展5G通訊載頻的頻域?qū)挾取?/p>

通過(guò)對(duì)新波形技術(shù)、大規(guī)模MIMO技術(shù)、SCAM技術(shù)、同頻時(shí)雙工技術(shù)的應(yīng)用，能夠大大提升5G技術(shù)領(lǐng)域中頻譜的傳輸效率，使得無(wú)線傳輸技術(shù)得到質(zhì)的飛越。在5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，還可以使用CDN（內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)）技術(shù)來(lái)增加緩存服務(wù)，提高網(wǎng)絡(luò)延時(shí)的質(zhì)量。

2 5G綠色通訊目前需要解決的問(wèn)題

綠色通訊講究的是低能耗、高效率、可持續(xù)發(fā)展的觀念。在現(xiàn)有的4G網(wǎng)絡(luò)向5G網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型的過(guò)程中，限制綠色通訊概念發(fā)展的最大因素在于RAT無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)的能耗過(guò)大的問(wèn)題。據(jù)研究，無(wú)線接入網(wǎng)中基站的功率占到整體功耗的40%-70%。想要實(shí)現(xiàn)5G綠色通訊的發(fā)展，必須先解決接入網(wǎng)中基站功耗過(guò)大的問(wèn)題。除了基站接入網(wǎng)功耗過(guò)大的問(wèn)題需要解決外，其他譬如存在與網(wǎng)絡(luò)級(jí)、鏈路級(jí)、技術(shù)上的效率問(wèn)題也是5G綠色通訊技術(shù)要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

3 實(shí)現(xiàn)5G綠色通訊節(jié)能的關(guān)鍵

3.1 器件角度實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能

基站的接入能耗是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中耗能最大的一個(gè)方面，為了解決無(wú)線基站在接入過(guò)程中出現(xiàn)的高能耗問(wèn)題，需要從器件上開(kāi)始入手來(lái)降低基站的工作能耗。通過(guò)合理選擇基站業(yè)務(wù)調(diào)度的方式，能夠在使用強(qiáng)度上減少基站能耗，但基站的主要能耗還是來(lái)自于功率放大器的支出能耗，所以改善功率放大器的能耗，是降低基站接入能耗的關(guān)鍵。采用更優(yōu)的動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)功率放大器，能夠很好地解決基站的能耗問(wèn)題，通過(guò)合理的參數(shù)設(shè)置，能夠減少基站的能耗支出。

3.2 鏈路角度實(shí)現(xiàn)5G綠色通訊

雖然說(shuō)5G的大能耗問(wèn)題在鏈路通訊上并不像基站能耗般明顯，但是鏈路能耗在5G綠色通訊觀念中，也必須被重視起來(lái)?；旧漕l所需要的能耗在總體能耗中的占比也非常驚人，基站傳輸效率決定了能量使用的效率。提高鏈路傳輸?shù)男屎徒档玩溌穫鬏數(shù)墓?，成為了SG綠色通訊技術(shù)的發(fā)展方向之一。

3.3 網(wǎng)絡(luò)級(jí)別角度上的綠色節(jié)能

網(wǎng)絡(luò)級(jí)別的綠色節(jié)能技術(shù)在建立在鏈路節(jié)能的基礎(chǔ)上，通過(guò)將異構(gòu)無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)引入社區(qū)小站，通過(guò)超密集部署小站的方式來(lái)降低無(wú)線通訊的接入距離，減低基站能耗，提高5G網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)速、容量等。超密集部署小站，和異構(gòu)無(wú)線小站的實(shí)現(xiàn)是未來(lái)5G技術(shù)實(shí)現(xiàn)百倍，甚至千倍的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量提升的關(guān)鍵所在。

4 5G綠色通訊技術(shù)關(guān)鍵

4.1 密集化高能效小站部署方案

超密集網(wǎng)絡(luò)與Small Cell聯(lián)合組合而成的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，將是未來(lái) 5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，Small Cell部署的位置和密度是該方案的重點(diǎn)關(guān)鍵所在。隨著small Cell站點(diǎn)的布置密度越來(lái)越多，也會(huì)出現(xiàn)比較明顯的同頻干擾問(wèn)題。Small CEII部署的增多，也會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，帶來(lái)宏微觀層面的干擾。

在密集型基站部署過(guò)程中，可以采用全向天線的SmallCEll站點(diǎn)設(shè)置，而LTE-A宏基站中一般采用扇形天線作為宏基站的主要天線布設(shè)方式。由于扇形天線的功率在扇形的區(qū)域存在不同，因此，Small CEII小站點(diǎn)的天線應(yīng)該根據(jù)LTE-A宏基站的扇形天線角度來(lái)進(jìn)行調(diào)整。在Small CEII密集型小站點(diǎn)中采用Pico可密集化部署的模塊，使得網(wǎng)絡(luò)的多級(jí)鏈路技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)。

在SmallCell密集化小站的布設(shè)過(guò)程中，需要采用用戶SINR的相關(guān)公式來(lái)進(jìn)行下行接收功率計(jì)算，Sinr公式計(jì)算的結(jié)果精度取決于天線模型與信道模型，根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)宏觀環(huán)境的布設(shè)，確定宏基站的布設(shè)點(diǎn)，同時(shí)使用Pico數(shù)量和布設(shè)位置來(lái)確定能效的統(tǒng)計(jì)方式，通過(guò)仿真的計(jì)算模式，計(jì)算出密集型部署的小站數(shù)量和位置，確定最優(yōu)的方位數(shù)量布置。由于Pico場(chǎng)景的不同會(huì)影響頻譜的傳輸能力，需要在宏觀和微觀上同時(shí)協(xié)調(diào)Pico場(chǎng)景的效能參數(shù)，使得鏈路點(diǎn)和Small CElL的布設(shè)達(dá)到最優(yōu)。

4.2 具有高效能耗的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錂C(jī)制研究

由于移動(dòng)用戶分布的方式具有隨機(jī)性和不均衡性，使用均勻分布和熱點(diǎn)分布對(duì)網(wǎng)絡(luò)能耗計(jì)算的結(jié)果存在明顯的差異，為了達(dá)到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)最優(yōu)化的設(shè)計(jì)目標(biāo)，應(yīng)該進(jìn)行SmallCEII喚醒/睡眠機(jī)制進(jìn)行設(shè)置。通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整的方式，通過(guò)建立用戶分布曲線，用戶能耗曲線來(lái)減少密集化部署的Small Cell小站的能耗。

SmallCEll小站的睡眠/激活機(jī)制應(yīng)該根據(jù)不同的基站布設(shè)方式來(lái)擬定，在小區(qū)站點(diǎn)布設(shè)密度較低的情況下，可以采取Small CEll不休眠的方式，以確保網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。在站點(diǎn)部署密集的情況下，可以設(shè)置大時(shí)間尺度的節(jié)能方案，節(jié)能方案可以參考RAN3的SI/WI的休眠/喚醒方案。在眾多的喚醒/休眠方案中，效能配置最優(yōu)的方案是動(dòng)態(tài)喚醒方案，基于子幀級(jí)別的動(dòng)態(tài)Small Cell動(dòng)態(tài)喚醒方案，能夠?qū)崿F(xiàn)幀級(jí)別的動(dòng)態(tài)節(jié)能，該方案亦可參考SCE SI的動(dòng)態(tài)喚醒方案。

4.3 高效能編碼技術(shù)

由于傳統(tǒng)的LTE-A系統(tǒng)中的Pico通訊控制令能夠?qū)崿F(xiàn)多接口控制面板傳輸協(xié)議，這就使得S-GW實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)編碼方案的優(yōu)化應(yīng)用成為了可能。編碼技術(shù)的實(shí)現(xiàn)主要依靠SmallCEII業(yè)務(wù)型網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，從S-GW、D2D、MENB、senb上考慮出發(fā)，進(jìn)行基于業(yè)務(wù)型的SmallCEll編碼技術(shù)的優(yōu)化。

5 結(jié)束語(yǔ)

5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展必須建立在低能耗、高能效、密集化小站部署，高效的SmallCEll編碼技術(shù)的基礎(chǔ)上。為了實(shí)現(xiàn)綠色5G通訊，還需要從硬件能耗的角度下手，使用能效更高的動(dòng)態(tài)服務(wù)硬件設(shè)備。

參考文獻(xiàn)

[1]劉洋.基于5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的綠色通信關(guān)鍵技術(shù)[J].信息記錄材料，2018，19（04）：83-85.

[2]黃霞.關(guān)于面向5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)綠色通信關(guān)鍵技術(shù)的相關(guān)分析[J].中國(guó)新通信，2016，18（22）：19.

[3]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].電子科技大學(xué)，2015.