5G移動通信網絡架構與關鍵技術要點探討

◆林利軍

（杭州電子科技大學信息工程學院 浙江 311300）

縱觀移動通信的網絡時代發(fā)展，其發(fā)展階段的時間跨度正在逐漸縮短。如今，5G移動通信時代，它將帶來更為激進的性能要求，同時也需要巨大的改變和新興的技術來滿足5G的需求。在5G移動通信時代，5G網絡技術將會不斷與其他相關前沿技術相結合，以人為主要服務對象，延伸到人與物全連接的世界，實現(xiàn)“萬物互聯(lián)”的偉大愿景。

1 5G移動通信網絡架構

5G網絡是基于4G網絡基礎上不斷發(fā)展和完善而形成的一種新型網絡架構模式[1]。目前，5G的關鍵技術及其對于網絡的需求已得到了初步確定。鑒于其發(fā)展方向，互聯(lián)網與物聯(lián)網的有效結合也必將是未來的一大趨勢。當然，5G網絡技術除了能夠帶來移動互聯(lián)網的巨大變革外，還能夠為超高流量密度及移動性等無線物聯(lián)網需求提供強有力的支持。而5G網絡自身在其長期的發(fā)展中已形成了一定的基礎模式，大體可從原有的認識模式上進行深度研究與剖析。綜合未來發(fā)展方向，關于5G的網絡架構將主要圍繞三大模塊開展，即是網絡部署場景、接入網、核心網。

（1）網絡部署場景

5G網絡在場景部署方面，基本與現(xiàn)有4G網絡相同。在應用中也主要圍繞室內和室外模塊開展。5G將以統(tǒng)一的空口技術框架，沿著低頻和高頻的新空口及4G演進，依托其多樣化的技術形式而應用于不同的場景。根據以往業(yè)務發(fā)生的流量計特點，室內場所的流量應用是其最集中的部分，占到MBB業(yè)務的近八成[2]。在部署網絡時需要考慮到嚴苛的室內覆蓋和容量問題。例如，針對一些小型的熱點區(qū)域，可以通過在室外設置微基站，以其作為主要信號源來覆蓋5G網絡至室內。至于大型室內建筑，運營商則可以采用DAS系統(tǒng)對建筑物進行室內場景的覆蓋。當然，DAS目前并不完全支持5G主流頻段。當DAS受限時，則可以采用HetNet網絡來解決DAS管控難、定位難的問題。針對室外的場景部署，需要更多地考慮到網絡的覆蓋問題及數(shù)據傳輸問題，因為這些室外場景區(qū)域往往集中在密集的居民小區(qū)、建筑高且密集的樓宇、人口流動量大的商業(yè)場所等。所以對于這些室外場景的部署，可通過分布式基站、MIMO天線技術等多樣性的方式來實現(xiàn)。當然，在對于MIMO天線技術、Small Cell的應用中，可以考慮利用蜂窩系統(tǒng)作為實現(xiàn)一定網絡部署的輔助技術。此類覆蓋方案可有效保證室外網絡的覆蓋率及實現(xiàn)5G數(shù)據傳輸速度的最大化[3]。

（2）接入網

從目前接入網應用形式來看，主要包括三種形式：其一，對現(xiàn)有的接入技術做多網多制式融合；其二，構建網絡基站，并以此分配虛擬資源；其三，關于信息邊緣的緩存與傳遞。在接入網的多種技術融合上，無論是對于傳統(tǒng)的2G、3G，抑或是如今的4G、Wi-Fi技術等不同的接入方式，都可以考慮引進單一的無線控制器以實現(xiàn)5G網絡的接入。在針對移動網絡的信息邊緣緩存及傳遞上，接入網的設置可以說是帶來了極大的柔性操作。無線接入網絡能力當被開放給第三方業(yè)務服務商，可以使得服務的提供適配網絡能力增強和網絡條件優(yōu)化，提升用戶的實際體驗。利用接入網進行數(shù)據的傳輸可以有效優(yōu)化數(shù)據傳輸?shù)穆窂?，實現(xiàn)數(shù)據平面的良性發(fā)展[4]。

（3）核心網

5G網絡作為未來移動網絡發(fā)展的通信主體角色，將會擁有更高效的數(shù)據傳輸速度及強大的數(shù)據處理能力，因而針對其核心網的設計及應用將是其發(fā)展的重中之重。在未來的5G移動發(fā)展規(guī)劃中，其核心網相對于以往將會有更強大、更豐富的通信能力。5G核心網將會以新姿態(tài)向分離式架構演進。一是網絡功能的分離，吸收了NFV云原生的設計思想，以別具一格的軟件化、模塊化的方式來構建網絡；二是控制面和用戶面的分離，使得用戶擺脫以其為中心的約束，更加靈活地部署于接入網與核心網。但是新核心網的核心功能仍然存在，只是朝著更靈活、易開放、易擴展的方向發(fā)展。

2 5G移動通信的關鍵技術

（1）關鍵技術一——大規(guī)模多輸入多輸出技術

大規(guī)模多輸入多輸出技術（MIMO技術）是5G網絡數(shù)據高效傳輸?shù)暮诵乃赱5]。在這種技術下，信號可通過信號發(fā)射站的多個無線通信系統(tǒng)進行獨立發(fā)送，同時，發(fā)射基站又可以接收到多個無線信號，通過對接收信號的整合加工，實現(xiàn)對原數(shù)據信息的復原。在以往的移動數(shù)據通信中，鑒于數(shù)據傳輸?shù)姆绞绞峭ㄟ^基站與手機進行單天線傳播，這種信號的傳播效率較低，速度較慢。而通過大規(guī)模多輸入多輸出技術，利用大規(guī)模的天線陣列，能夠形成良好的用戶波束，通過波束的調節(jié)匹配到信號傳輸?shù)淖罴严辔?，這樣往往能夠達到最佳的接受效果，從而實現(xiàn)信號接收強度的跨越性提高。

（2）關鍵技術二——D2D技術的應用

D2D技術，也就是“蜂窩通信”，是5G通信技術發(fā)展下的必不可少的關鍵技術。伴隨著5G網絡的不斷發(fā)展及應用，原有的無線通信性能也需要相應地進行提升。蜂窩技術就是從提升用戶的滿意度及舒適度的主方向來考慮，因此該項技術也被廣泛地應用。它不僅為網絡和終端用戶實現(xiàn)了負載的分流，并且降低了功耗，提升了潛在通信的可用性和可靠性。目前，D2D技術在我國已有多年的應用基礎，技術層面相對來說已經十分成熟。D2D技術以其穩(wěn)定性已成為5G發(fā)展的關鍵技術之一，因此其具備應用在大量新場景的能力。筆者認為，在其強大的應用前景下，D2D技術將會在未來的互聯(lián)網、通信技術等領域發(fā)揮至關重要的紐帶作用。

（3）關鍵技術三——超密集網絡技術

結合時代發(fā)展趨勢，互聯(lián)網與物聯(lián)網的有機結合將是其中發(fā)展的一大趨勢。因此，未來的移動通信應用也將呈現(xiàn)出多元化、智能化的傾向。我們應該認識到，隨著未來社會對于龐大數(shù)據傳輸?shù)囊笤絹碓礁?、隨著電子設備及數(shù)據終端設備的普及，數(shù)據流量的使用以及大數(shù)據的應用將會成千倍的遞增。因此，未來發(fā)展超密集網絡技術是應對數(shù)據直線上升的有效措施，其更將成為局部網絡壓力的中流砥柱。在超密集網絡技術應用之后，可以協(xié)同部署方式來實現(xiàn)對所覆蓋環(huán)境的整體優(yōu)化，減少其受到外界其他因素的干擾，達到復用網絡頻率的自適應的作用。此外，通過該技術的應用，將會導致小小區(qū)更為“毛刺化”的行為模式，使得潛在的自回傳基站總量得到一定程度的增加。

（4）關鍵技術四——同時同頻全雙工技術

同時同頻全雙工技術是一項可以同時發(fā)射與接收無線信號從而提高頻譜效率的技術，這將會使無線通信鏈路的頻譜效率提升一倍[6]。不過就目前來說，同時同頻全雙工技術的實施尚存在一定的困難。需著重克服一系列的關鍵性問題，如克服異頻干擾及數(shù)字干擾、提高數(shù)據系統(tǒng)的整體吞吐量等。

3 結語

5G移動通信試圖連接物聯(lián)網中的海量設備，必然要先解決其網絡架構及關鍵技術問題。通過技術研發(fā)人員及移動設計專家的不斷努力，第五代移動通信技術將以前所未有的方式改善人們的生活，也必將為經濟領域帶來傳導效益。