5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述

許佳勝，楊 旭，孫宏凱

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，保定 071001）

1 5G的概念

5G是高速發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)和逐漸完善的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的共同推動(dòng)下產(chǎn)生的新一代的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。5G技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸速率將超出現(xiàn)在至少10倍以上，并且5G將會把網(wǎng)絡(luò)延遲時(shí)間的單位控制在ms級。5G技術(shù)的出現(xiàn)將會給用戶帶來極佳的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)，把整個(gè)社會的生產(chǎn)和發(fā)展速度帶入一個(gè)新的時(shí)代。

2 5G網(wǎng)絡(luò)的常見技術(shù)

目前適合于5G網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)尚處于探索和研究階段，哪一種技術(shù)更適合5G網(wǎng)絡(luò)，更符合人們的需求尚未確定。所以本文就目前的一些網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)作重點(diǎn)敘述。

2.1 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

2.1.1 超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)

超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)是為了滿足5G網(wǎng)絡(luò)中大數(shù)據(jù)需求而出現(xiàn)的，在超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中減小了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的半徑，增加了低耗能的節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。

在密集網(wǎng)路中部署的節(jié)點(diǎn)數(shù)量會是現(xiàn)在節(jié)點(diǎn)數(shù)量的10倍以上，并且在每個(gè)覆蓋區(qū)中10m之內(nèi)至少會有一個(gè)站點(diǎn)。這種超密集部署的網(wǎng)絡(luò)減少了終端和站點(diǎn)之間的距離，使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的輸出功率和業(yè)務(wù)處理能力得到大幅度提高。但密集的節(jié)點(diǎn)會使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，這可能會導(dǎo)致其與現(xiàn)有的移動(dòng)通信系統(tǒng)的不兼容，當(dāng)然也會增加工作人員的維護(hù)工作。同時(shí)，節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)距離過近也會導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)間信號的互相干擾。

2.1.2 自組織網(wǎng)絡(luò)

在傳統(tǒng)的移動(dòng)通信系統(tǒng)當(dāng)中，大部分的部署以及運(yùn)維工作是由工作人員來實(shí)施的，但在5G網(wǎng)絡(luò)這樣的大型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中將會耗費(fèi)大量的人力物力資源，基于這樣的背景，智能化的自組織網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運(yùn)而生。

自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要包括以下兩方面內(nèi)容：（1）網(wǎng)絡(luò)部署階段的自規(guī)化和自配置；（2）網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化階段的自優(yōu)化和自愈合 。自規(guī)劃是指在滿足系統(tǒng)用戶的容量、業(yè)務(wù)功能、系統(tǒng)拓展的需求下動(dòng)態(tài)的進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃并執(zhí)行。自配置是指即插即用式的進(jìn)行新增網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的配置，優(yōu)點(diǎn)是方便、簡易快捷。自優(yōu)化是指優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的性能以及處理結(jié)果，減少整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的工作量。自愈合是指系統(tǒng)能自動(dòng)監(jiān)測在網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的問題并對問題自動(dòng)的進(jìn)行排除，減少網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的成本以及提高用戶的使用體驗(yàn)。

2.1.3 內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)

在5G中將滿足數(shù)量龐大的用戶對圖像、音頻、視頻等數(shù)據(jù)需求，怎樣快速高效的把不同業(yè)務(wù)內(nèi)容分發(fā)給客戶并盡可能降低用戶訪問等待的時(shí)長是5G技術(shù)中急需解決的問題。

內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)是在原有的網(wǎng)絡(luò)上添加上CDN系統(tǒng)。CDN系統(tǒng)簡單來說就是負(fù)責(zé)內(nèi)容分發(fā)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)將會在綜合考慮整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)、用戶與節(jié)點(diǎn)的連接關(guān)系等因素的情況下把要發(fā)布的內(nèi)容先發(fā)布到CDN代理服務(wù)器上，這樣，用戶就可以在較近的CDN代理服務(wù)器上獲取自己所需的內(nèi)容。CDN技術(shù)的出現(xiàn)緩解了大流量業(yè)務(wù)需求時(shí)的網(wǎng)絡(luò)阻塞問題。

2.2 5G中的通信方式

2.2.1 D2D通信

D2D通信即設(shè)備到設(shè)備的通信（device-to-device communication），是一種在系統(tǒng)的控制下允許終端設(shè)備通過利用區(qū)域的資源直接進(jìn)行通信的方式。

D2D技術(shù)主要應(yīng)用于移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)，在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中引入D2D技術(shù)是為分擔(dān)基站中的數(shù)據(jù)流量的壓力，提升整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率。在D2D中把整個(gè)網(wǎng)絡(luò)劃分成了多個(gè)小區(qū)域，每個(gè)小區(qū)域都會設(shè)置一個(gè)基站，移動(dòng)終端設(shè)備在基站和D2D技術(shù)的支持下可以既實(shí)現(xiàn)小區(qū)域內(nèi)的通信也可以實(shí)現(xiàn)小區(qū)間的通信。移動(dòng)終端之間通過D2D相互連接，從而連接到蜂窩網(wǎng)絡(luò)，這樣的方式將會大大減輕整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載壓力。

2.2.2 M2M通信

M2M（Machine-to- Machine），一種以機(jī)器終端的交互為核心的網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用與服務(wù)。M2M技術(shù)的目的是使所有的機(jī)器設(shè)備都具備聯(lián)網(wǎng)和通信的功能。廣義上的M2M包括了機(jī)器與機(jī)器，機(jī)器與人，機(jī)器與網(wǎng)絡(luò)之間的交互與通信。

由于機(jī)器終端數(shù)量龐大，導(dǎo)致機(jī)器終端必須通過競爭的隨機(jī)接入方式來獲得網(wǎng)絡(luò)資源，目前的隨機(jī)接入方法主要包括多地址接入技術(shù)（NDMA）、載波偵聽多址接入技術(shù)（CSMA）等。NDMA技術(shù)是把網(wǎng)絡(luò)中的沖突問題轉(zhuǎn)換成信號處理問題來解決，若在某個(gè)間隙中系統(tǒng)接收到了m個(gè)用戶傳輸數(shù)據(jù)的請求，此時(shí)基站會從此時(shí)間段開始預(yù)先留下m-1個(gè)時(shí)間段，等m個(gè)用戶的數(shù)據(jù)傳輸完畢后再從這m個(gè)時(shí)間段中分離每個(gè)用戶的數(shù)據(jù)包。CSMA技術(shù)基于的原理是“先監(jiān)聽，后發(fā)送”，在終端發(fā)送數(shù)據(jù)之前需要先檢測傳輸通道是否空閑，如果空閑的話就發(fā)送，否則就繼續(xù)等待。由于網(wǎng)絡(luò)中充滿了各種各樣的數(shù)據(jù)包，通過M2M方式傳輸指定數(shù)據(jù)的效率如何提高還有待研究。

3 結(jié)束語

5G是移動(dòng)通信史上的又一次創(chuàng)新，雖然現(xiàn)在還沒有成熟，但其關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)基本確定并在持續(xù)完善當(dāng)中，并且我國有關(guān)地區(qū)已經(jīng)開始試營，如上海、杭州、廣州。預(yù)計(jì)到2020年5G將在我國實(shí)現(xiàn)全面商用。為了適應(yīng)未來社會的高速發(fā)展，5G需要有智能化的自我感知，自我修復(fù)能力，并且在面對各種突發(fā)狀況時(shí)有很強(qiáng)的靈活性。