5G網(wǎng)絡(luò)無線通信資源分配

文/鞠鑫哲

在無線通信技術(shù)快速發(fā)展下，人們對(duì)無線傳輸速度的要求逐漸提升，當(dāng)前的4G已經(jīng)全面覆蓋，5G也實(shí)現(xiàn)了小范圍的覆蓋。5G技術(shù)是在4G基礎(chǔ)上發(fā)展延伸的，其是一種高速率無線通信技術(shù)。5G網(wǎng)絡(luò)是移動(dòng)通信發(fā)展的新階段，在5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，最為珍貴的是無線通信資源，對(duì)無線通信資源進(jìn)行分配是5G技術(shù)發(fā)展中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，在分配過程中需要考慮的因素比較多，并且有一定難度。因此，對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)無線通信資源分配進(jìn)行分析有一定現(xiàn)實(shí)意義。

1 5G網(wǎng)絡(luò)無線通信特點(diǎn)

5G網(wǎng)絡(luò)無線通信的最大特點(diǎn)就是高速穩(wěn)定，這一點(diǎn)和傳統(tǒng)技術(shù)相比有著明顯的優(yōu)勢(shì)。經(jīng)過對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)無線通信技術(shù)的使用，可以加強(qiáng)室內(nèi)信號(hào)覆蓋，不但可以突破物理層面上的限制，并還可以加強(qiáng)數(shù)據(jù)編碼處理能力，使用覆蓋模型自動(dòng)選用最快的傳輸信道，以此來提升網(wǎng)絡(luò)傳輸速度。5G無線通信技術(shù)在傳輸中，經(jīng)過系統(tǒng)自主選擇的信道來傳輸數(shù)據(jù)，可以有效提升網(wǎng)絡(luò)傳輸效率，以免有網(wǎng)絡(luò)擁堵的問題出現(xiàn)。因?yàn)?G無線通信技術(shù)數(shù)據(jù)收集與分析是一起的，因此節(jié)省了數(shù)據(jù)分析時(shí)間，并且系統(tǒng)還可以依據(jù)不同用戶身份做相應(yīng)調(diào)整，建設(shè)無縫連接平臺(tái)，以此來避免諧波干擾現(xiàn)象，提升傳輸速度。還有就是頻譜利用率高的特點(diǎn)，在移動(dòng)通信技術(shù)使用中，頻譜資源有高低之分。4G通信中，頻譜利用率有一定提升，但是和5G通信相較，其應(yīng)用效果還是不太強(qiáng)。在5G通信技術(shù)中，高頻譜利用率會(huì)得到很大的提升，5G時(shí)代中網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠突破無線高頻段穿透能力的限制，使其不會(huì)成為高頻段資源利用的局限性條件，這樣頻譜利用率才會(huì)提升。此外，5G無線通信還有擴(kuò)展性特點(diǎn)，5G并沒有脫離于3G、4G，其是將這些通信技術(shù)的優(yōu)勢(shì)有效的結(jié)合在一起，能夠?yàn)橛脩籼峁└迂S富的使用體驗(yàn)與服務(wù)。依據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)顯示，5G通信技術(shù)覆蓋范圍是4G的十倍以上，其有著很優(yōu)質(zhì)的信號(hào)，可以讓不同地區(qū)，不同使用人群的通信更加方便快捷。

2 5G網(wǎng)絡(luò)無線通信資源分配原則

2.1 保障用戶服務(wù)質(zhì)量

在進(jìn)行5G網(wǎng)絡(luò)無線通信資源的分配時(shí)，首先需要遵循的就是為用戶提供優(yōu)良的服務(wù)。和傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)相較，在5G無線通信系統(tǒng)之中，數(shù)據(jù)多媒體業(yè)務(wù)素占據(jù)的比例很大，各種各樣業(yè)務(wù)Qos的含義也逐漸廣泛，內(nèi)容更多，所以模型也更加復(fù)雜，進(jìn)而為服務(wù)質(zhì)量的保障形成了一定的影響。此外，用戶服務(wù)質(zhì)量保障和通信系統(tǒng)使用的無線資源管理方式有很大關(guān)系，用戶比特級(jí)和數(shù)據(jù)包級(jí)的服務(wù)質(zhì)量，要設(shè)計(jì)有效的無線資源調(diào)度與功率配置方式，功率分配方式能夠保障用戶的相關(guān)要求。無線資源調(diào)度策略經(jīng)過調(diào)整各個(gè)用戶傳輸?shù)臅r(shí)序，以此滿足對(duì)吞吐率、丟包率和延時(shí)等相關(guān)方面的要求。

2.2 公平性原則

在對(duì)無線資源進(jìn)行分配時(shí)，公平性是需要考慮的一個(gè)重點(diǎn)。因?yàn)闊o線網(wǎng)絡(luò)資源是有限的，要滿足所有用戶的需求基本是不可能的。在這種情況下就需要合理劃分網(wǎng)絡(luò)資源，把網(wǎng)絡(luò)資源公平地配置給網(wǎng)絡(luò)用戶。但是一味地遵循公平性原則會(huì)降低無線網(wǎng)絡(luò)資源利用率，由于在無線網(wǎng)絡(luò)中用戶信道狀態(tài)不管是在時(shí)間頻率，或是空間上都有很大差距。若是信道狀態(tài)好的情況下用戶沒有獲取充分的無線資源來傳輸數(shù)據(jù)，用戶狀態(tài)差的用戶獲得過多無線資源卻無法有效利用，這都會(huì)導(dǎo)致浪費(fèi)。所以需要兼顧公平性和效率，這是研究無線資源分配問題中的一個(gè)核心內(nèi)容。在實(shí)際工作中，比較常用的公平性準(zhǔn)則是最大-最小公平、比例和時(shí)間這三個(gè)方面的公平。

最大-最小公平準(zhǔn)則，具體是指對(duì)于用戶集合S的可行資源配置結(jié)果，所有可行資源配置方式中，找出讓性能最差用戶實(shí)現(xiàn)最高的傳輸速度的方案。因?yàn)橄到y(tǒng)中的一個(gè)用戶性能提升，必定會(huì)讓另外一個(gè)用戶性能降低，這種方案比較偏信道條件差的用戶，所以會(huì)限制系統(tǒng)性能。而時(shí)間公平，具體是指發(fā)掘時(shí)間分集存在的潛在增益，時(shí)間平均公平準(zhǔn)則保障用戶能獲得一樣時(shí)間平均性能。此準(zhǔn)則需要考慮到用戶在延時(shí)方面的容忍性。

3 5G網(wǎng)絡(luò)無線通信資源分配方式

為了可以更好的配置5G無線通信頻資源，并且也為了充分使用好當(dāng)前的頻率資源，發(fā)揮現(xiàn)有頻率資源的作用。5G通信技術(shù)中，吞吐量、數(shù)據(jù)傳輸速率和服務(wù)質(zhì)量是比較重要的三個(gè)指標(biāo)。在信息時(shí)代中，手機(jī)的使用已經(jīng)比較普遍，所以人們對(duì)通信速度有了更高的要求，移動(dòng)通信也在向著高數(shù)據(jù)速率與高容量的方向發(fā)展。正是因?yàn)檫@樣，移動(dòng)通信技術(shù)也從原始的模擬通信發(fā)展到當(dāng)前的第五代通信技術(shù)。在進(jìn)行5G網(wǎng)絡(luò)無線通信資源分配時(shí)，需要在以下幾方面進(jìn)行資源的分配。

3.1 低頻譜資源分配

因?yàn)樾阅芨鞣矫娴脑颍?G無線通信能夠支持很大范圍內(nèi)的應(yīng)用場(chǎng)景需要，因?yàn)閷?duì)性能和底層頻譜需求有一定的差異，所以依據(jù)具體應(yīng)用和業(yè)務(wù)種類來選用相應(yīng)的物理工作頻段就十分關(guān)鍵。例如低頻段利用6GHz以下低頻段良好的信道傳播特點(diǎn)，以此來滿足一些應(yīng)用場(chǎng)景度遠(yuǎn)距離傳輸?shù)姆€(wěn)定需求。

因?yàn)橐苿?dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商會(huì)把長期演進(jìn)和后續(xù)演進(jìn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到5G網(wǎng)絡(luò)中，在6GHz頻段的可用物理頻段資源就十分關(guān)鍵。在LTE逐漸發(fā)展的過程中，可以使用比如高階射頻調(diào)制和三載波聚合等技術(shù)來延伸LTE傳輸帶寬的能力，這些新的LTE特點(diǎn)可以在不需要對(duì)無線頻譜資源配置規(guī)則修改的基礎(chǔ)上，在低于6GHz的物理頻段中實(shí)現(xiàn)。所以，行業(yè)可以在低頻段中進(jìn)行分布4G網(wǎng)絡(luò)后續(xù)演進(jìn)系統(tǒng)，并且逐漸開始部署5G無線通信資源。因?yàn)樵瓉淼臒o線資源是專門指定與分配的，并且屬于授權(quán)型頻段中，就能夠充分使用已有的技術(shù)和優(yōu)勢(shì)。但是為了讓移動(dòng)無線接入網(wǎng)絡(luò)各種新技術(shù)和當(dāng)前已經(jīng)配置的授權(quán)型頻段用更加兼容的方式進(jìn)行商用部署，需要為其配置充足的并且先進(jìn)的無線資源，以此來滿足移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)流量和視頻流量增長的需要?？傊?，在短時(shí)間內(nèi)，處于6GHz之下的物理頻段中無線頻譜資源可以被使用在擴(kuò)充現(xiàn)有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中。其中需要注意的是，ITU-R M.2290在研究成功報(bào)告中現(xiàn)實(shí)，預(yù)計(jì)到2020年，全球移動(dòng)通信需要的無線頻譜資源總量大概在1340到1960MHz之間。所以，為了解決移動(dòng)接入網(wǎng)短期需求不足的問題，對(duì)新增加的頻譜資源授權(quán)分配有很大的意義。

3.2 高頻譜資源分配

因?yàn)?GHz以上的高頻段信號(hào)指向性比較強(qiáng)，并且有著極高的流量密度，可以滿足其他一些種類的應(yīng)用對(duì)短距離傳輸數(shù)據(jù)吞吐量的要求。為了獲取更多其他的物理帶寬資源，把移動(dòng)寬帶接入服務(wù)的頻譜資源延伸到6GHz以上的物理頻段意義重大。其中還要為每個(gè)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商配置數(shù)百M(fèi)Hz可用物理帶寬，需要每個(gè)物理頻段共享和接入使用。針對(duì)超出6GHz的物理頻段而言，因?yàn)椴ㄩL比較小，在上面的移動(dòng)寬帶接入網(wǎng)覆蓋半徑會(huì)縮短，發(fā)射天線和接收天線之間路徑傳播耗損會(huì)和頻率數(shù)值平方為正比關(guān)系。此外，在頻率數(shù)據(jù)值增大下，無線電波穿透耗損和散射耗損等都會(huì)增大，這些耗損會(huì)經(jīng)過增大天線在發(fā)射端與接收端的增益中獲得補(bǔ)償，因此在6到30GHz之間頻段需要重點(diǎn)考慮。在非視距傳輸環(huán)境之中，和高頻段相比，低頻段能夠提供更加一致的網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力，進(jìn)而對(duì)一些類型的應(yīng)用而言有很大的重要性。而在相同的非視距傳輸環(huán)境之中，高頻段移動(dòng)寬帶接入系統(tǒng)要依靠電波反射效應(yīng)。但是，依據(jù)當(dāng)前60GHz段技術(shù)的研究，ITU-R已經(jīng)制定了有效成本解決方案，以此來解決目前高物理頻段形成的問題。因?yàn)橛兄鴿撛诘倪B續(xù)可用物理頻段，30GHz以上的物理頻段也會(huì)使用在對(duì)數(shù)據(jù)流量需求比較高的應(yīng)用場(chǎng)景中，例如4K、8K高清視頻通信需要的數(shù)據(jù)傳輸中。并且還可以使用在人與人之間進(jìn)行高寬帶的虛擬交互模式的通信中?？傊罁?jù)不同物理特征，要考慮到怎樣有效使用6到100GHz頻段來支撐5G通信中的各種應(yīng)用場(chǎng)景。

我國現(xiàn)在已經(jīng)開始了5G頻譜需要的預(yù)測(cè)和候選頻段選取等相關(guān)的工作，爭(zhēng)取形成5G統(tǒng)一頻段是我國5G通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和指導(dǎo)方針。此外，在無線通信系統(tǒng)之中，數(shù)據(jù)流量也逐漸擴(kuò)大。人們對(duì)流量需要越加增大，同時(shí)當(dāng)前可用的無線資源頻譜卻十分匱乏，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足通信技術(shù)的需求，這樣就讓無線資源和需求無法匹配。對(duì)5G技術(shù)而言，人們不但要求有更多的頻率資源可以使用，同時(shí)還需要在能源上保持一定的綠色和環(huán)保性。

4 結(jié)束語

無線通信資源的分配是5G技術(shù)發(fā)展中的一項(xiàng)關(guān)鍵任務(wù)和工作，在5G無線通信資源分配中，要盡量保障服務(wù)質(zhì)量，同時(shí)還需保障一定的公平性。在進(jìn)行無線資源的分配時(shí)，要結(jié)合應(yīng)用場(chǎng)景的實(shí)際需求，做好高頻譜和低頻譜的資源分配工作。經(jīng)過這些方式的實(shí)施，對(duì)5G無線通信資源進(jìn)行合理分配，為人們提供更高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。