淺析5G移動通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)

侯 剛

（中浙信科技咨詢有限公司，杭州　310013）

1　概述5G移動通信網(wǎng)絡(luò)

1.1　5G網(wǎng)絡(luò)的研發(fā)

隨著4G移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的逐漸成熟，當(dāng)前社會上的移動通信網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)量也大大增長。與此同時，當(dāng)前人們對于網(wǎng)絡(luò)速度的要求也發(fā)生了較大變化。而5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研發(fā)就是在這種情況下被提出的，其研發(fā)意義在于有效滿足用戶對網(wǎng)絡(luò)通信速度的要求，并為更多的用戶提供高質(zhì)量的移動通信服務(wù)。當(dāng)前使用的4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相較于3G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)而言，其主要優(yōu)勢體現(xiàn)在用戶容量與通信速度的提升。而在研發(fā)5G網(wǎng)絡(luò)時，工作人員很難在4G網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提升用戶容量與通信速度方面。因此，工作人員可以將提升數(shù)據(jù)流量作為5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研發(fā)切入點(diǎn)。同時，5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研發(fā)重點(diǎn)還包括視頻流量技術(shù)與無線連接技術(shù)等。而在5G移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的核心技術(shù)研發(fā)過程中，工作人員還應(yīng)重視對接入端的控制，以確保5G移動通信技術(shù)的研發(fā)能夠使用當(dāng)前社會所需。

1.2　5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)場景

隨著我國移動通信網(wǎng)絡(luò)的全面發(fā)展，移動互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)逐漸成為了移動通信領(lǐng)域的主要發(fā)展趨勢。而當(dāng)前，人們在其日常工作與生活中很多活動的展開都離不開移動業(yè)務(wù)的支持，而這種多樣化的移動業(yè)務(wù)需求對當(dāng)前的4G來說，具有一定的實(shí)現(xiàn)難度。在這種情況下，唯加快對5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究，才有可能在高流量密度、高連接密度與快速移動場景下保證移動通信服務(wù)質(zhì)量，確保滿足人們在各種活動場所中的視頻、在線游戲與各種虛擬現(xiàn)實(shí)業(yè)務(wù)的需求。而連續(xù)廣域覆蓋、熱點(diǎn)高容量與低功耗大連接以及低時延高可靠等就是5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在未來的主要應(yīng)用場景。其中，連續(xù)廣域覆蓋與熱點(diǎn)高容量同時也是當(dāng)前移動通信網(wǎng)絡(luò)的主要應(yīng)用場景。而智慧城市與智慧農(nóng)業(yè)、智能家居以及環(huán)境監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集及傳感等均是低功耗大連接這一應(yīng)用場景的主要方向，其對移動網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的要求主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)包較小、功耗較低且連接海量等方面。而低時耗高可靠這一應(yīng)用場景主要是指車聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)控制等垂直行業(yè)，這種特殊行業(yè)對移動互聯(lián)網(wǎng)具有較為特殊的需求，具體包括時延性與可靠性兩方面。

1.3　5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢分析

1.3.1網(wǎng)絡(luò)通信速率較高

5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究是基于4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)而進(jìn)行的，而近些年來，我國4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展愈加完善，其應(yīng)用獲得了一致好評。因此，5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究起點(diǎn)極高，這既為5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研發(fā)提供了一定便利，同時也為5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研發(fā)帶來了較大壓力。而隨著現(xiàn)代社會生活節(jié)奏的不斷加快，移動通信網(wǎng)絡(luò)用戶對技術(shù)的新要求主要體現(xiàn)在速率的提升方面。這是由于雖然4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的速率相較于以往而言，已經(jīng)很高，但是仍舊不能滿足用戶不斷提升的需求。而當(dāng)前用戶在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時，大多是在低信道頻段進(jìn)行的，雖然能夠有效保證傳輸質(zhì)量，且不需運(yùn)營商在基站搭建方面投入過多。但是，低頻資源的有限性極大的限制了網(wǎng)絡(luò)用戶的接入，無法為更多的用戶提供接入服務(wù)。需要注意的是，頻段資源在我國主要是依靠政府來進(jìn)行分配的，但在國外卻主要是通過競爭來獲取的。因此，低頻資源的分配缺乏市場競爭規(guī)律的主導(dǎo)，極大的限制了4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展。當(dāng)前，4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的載波頻率多為20MHz，而在實(shí)際傳輸過程中，主要是通過多載波碼分多址技術(shù)，來實(shí)現(xiàn)對多個載波的有效聚合，以便實(shí)現(xiàn)對傳輸速率的提升。而5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在研發(fā)過程中，應(yīng)將高頻段資源作為切入點(diǎn)，設(shè)法實(shí)現(xiàn)對傳輸速率的提升，而這也正是MIMO系統(tǒng)被提出的基礎(chǔ)，而利用高頻段資源來進(jìn)行信號的傳輸，就能夠因波長較短而減短天線的長度，進(jìn)而大大降低對天線間的距離要求，進(jìn)而確保在基站實(shí)現(xiàn)對集成天線的設(shè)計。

1.3.2容量更大

物聯(lián)網(wǎng)概念在我國一經(jīng)提出，就受到了社會各界的廣泛重視，但是其發(fā)展效果卻不甚理想，這主要是受到移動終端能耗與無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋等方面的限制而導(dǎo)致的，使得物聯(lián)網(wǎng)目前的應(yīng)用領(lǐng)域較小。而通過對5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研發(fā)，就能夠推動物聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展。鑒于終端的功耗問題是影響物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的主要因素，因此，應(yīng)重視對功耗問題的解決。這是由于終端在接入網(wǎng)絡(luò)時，會涉及到很多的節(jié)點(diǎn)，但是有些終端在使用過程中，缺乏二次充電的環(huán)境，因此，其往往只能依靠自身電池來支持服務(wù)。而為了解決這一問題，3GPP曾試圖運(yùn)用窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，來實(shí)現(xiàn)對終端使用功率的有效控制，降低網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膸挘瑫r降低信號發(fā)射的功率，以達(dá)到省電的目標(biāo)。雖然，在一定程度上降低了物聯(lián)網(wǎng)終端的實(shí)時性，但卻并不會對其實(shí)際應(yīng)用造成過大影響。因此，5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究就應(yīng)充分利用這一成果，并以此為基礎(chǔ)來進(jìn)行節(jié)能省電的目標(biāo)。

1.3.3移動網(wǎng)絡(luò)延遲較低

在應(yīng)用LTE網(wǎng)絡(luò)后，移動網(wǎng)絡(luò)的延遲就降低到了100ms之下，為網(wǎng)絡(luò)用戶帶來了更好的網(wǎng)絡(luò)連接體驗(yàn)，降低網(wǎng)絡(luò)延遲對用戶滿意度的影響。而5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，能夠在LTE網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步降低網(wǎng)絡(luò)延遲，推動移動通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。由于LTE網(wǎng)絡(luò)中的一個TTI是1ms，而5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在優(yōu)化設(shè)計幀結(jié)構(gòu)時，主要是通過縮短每一子幀的時域，來達(dá)到物理層面的時延。

2　5G移動通信網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)分析

5G移動通信網(wǎng)絡(luò)的無線基站建設(shè)，主要是通過毫米級微波來實(shí)現(xiàn)的，以便滿足海量數(shù)據(jù)與海量連接數(shù)的實(shí)際需求。因此，未來5G無線基站的建設(shè)密度勢必會大幅增加，以便向用戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。通常情況下，在人口稀少的區(qū)域建設(shè)無線基站，應(yīng)以宏基站形式為主，以確保網(wǎng)絡(luò)覆蓋效果。而在人口聚集區(qū)建設(shè)無線基站時，則應(yīng)注重對當(dāng)前4G無線基站的利用，并在其周邊進(jìn)行射頻拉遠(yuǎn)來完成無線基站的站點(diǎn)布設(shè)。因此，超密集組網(wǎng)式是未來在人口聚集區(qū)建設(shè)5G無線基站的主要結(jié)構(gòu)形式。而5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的形式包括接入云、控制云與轉(zhuǎn)發(fā)云等。

3　淺析5G移動通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)

3.1　無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

隨著現(xiàn)代社會的快速發(fā)展，5G移動通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建過程中的關(guān)鍵技術(shù)就包括無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。這是由于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)勢必會隨著5G移動通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用而逐漸發(fā)展完善起來，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對各種無線技術(shù)的有效整合，同時還能夠進(jìn)一步提升5G網(wǎng)絡(luò)的無線接入能力，能夠有效實(shí)現(xiàn)對新研發(fā)設(shè)備與原有4G網(wǎng)絡(luò)與3G網(wǎng)絡(luò)，以及其他型號的無線設(shè)備的有效接入，進(jìn)而為5G移動通信網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。與此同時，5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)還能夠?qū)崿F(xiàn)對無線網(wǎng)絡(luò)的準(zhǔn)確智能識別，以便將用戶實(shí)際需求與各項(xiàng)資源的合理整合與配置。此外，由于5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有更強(qiáng)的互用性，這樣一來，各個系統(tǒng)之間的互相操作效果就得到了有效保障，有助于提升服務(wù)器質(zhì)量，提升用戶滿意度。

3.2　無線傳輸技術(shù)

而無線傳輸技術(shù)也是5G移動通信網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵技術(shù)，其應(yīng)用依據(jù)是系統(tǒng)的存儲容量，而通過增加天線設(shè)備的數(shù)量，就能夠有效確保5G移動通信網(wǎng)絡(luò)的容量能夠滿足用戶實(shí)際所需。而MIOM系統(tǒng)的應(yīng)用，就能夠?qū)崿F(xiàn)對空間因素的充分利用，以完成對眾多天線路徑的有效構(gòu)建，確保充分發(fā)揮空間處理技術(shù)的效果，同時也能夠提升對頻譜的利用效率。

3.3　高頻段的使用

5G移動通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建中的另一個關(guān)鍵技術(shù)，就是對高頻段的使用技術(shù)。這是由于以往的3G網(wǎng)絡(luò)與4G網(wǎng)絡(luò)，在低頻資源的使用方面已經(jīng)較為充分。因此，5G移動通信網(wǎng)絡(luò)在其發(fā)展過程中，就應(yīng)將側(cè)重點(diǎn)放在對高頻段資源的利用上。鑒于當(dāng)前微波頻段已經(jīng)趨于飽和，但是高頻段微米波段資源卻仍舊大量閑置。因此，應(yīng)重視對微米與毫米等高頻段資源的利用，以便通過對頻段資源的合理應(yīng)用，來推動5G移動通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。

4　結(jié)束語

綜上所述，隨著我國移動通信事業(yè)的不斷發(fā)展，移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)對社會造成了極大影響，不僅改變了社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展模式，同時也改變了人們的生活方式。而當(dāng)前人們對于數(shù)據(jù)傳輸與通信系統(tǒng)的要求也在不斷提高，因此，應(yīng)加大對5G移動通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)的研究力度。

[1]唐忠杰.關(guān)于5G移動通信發(fā)展趨勢分析及若干關(guān)鍵技術(shù)探討[J].中國新通信，2016（20）.