5G通信網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸可靠性的優(yōu)化策略

劉永超 焦鵬

【摘要】隨著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)以及第五代通信技術(shù)的日趨成熟，人們在享受通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)質(zhì)服務(wù)的同時，對其依賴程度也越來越大。5G通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步改善了用戶體驗，可以提供個性化的服務(wù)，帶來更加豐富的業(yè)務(wù)內(nèi)容和更廣闊的應(yīng)用場景。數(shù)據(jù)傳輸作為5G通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，其安全性和可靠性將對5G網(wǎng)絡(luò)通信帶來直接影響。而對于運營商而言，要想進(jìn)一步擴大用戶規(guī)模，更加需要提升通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性。鑒于此，本文對5G通信網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸可靠性優(yōu)化策略進(jìn)行深入分析。

【關(guān)鍵詞】5G通信;網(wǎng)絡(luò)傳輸;可靠性

中圖分類號：TN92? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1673-0348（2020）017-001-03

Abstract： With the internet， the Internet of Things and the fifth generation of communication technology， people enjoy the communication network services， while the degree of dependence on them is also increasing.? The 5G communication network further improves the user experience， providing personalized services， and bringing richer business content and a wider range of applications. As the foundation of 5G communication networks， the security and reliability of data transmission will have a direct impact on 5G network communication. For operators， in order to further expand the size of users， it is more necessary to improve the reliability of communication networks. In view of this， this paper provides an in-depth analysis of the data transmission reliability optimization strategy in 5G communication networks.

Keywords：5G communication;

1. 5G通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特性的評價

5G通信網(wǎng)絡(luò)具有更廣泛的業(yè)務(wù)和應(yīng)用領(lǐng)域的移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。擁有3D大規(guī)模天線高頻段和大帶寬現(xiàn)金網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和組網(wǎng)方式，多種空中接口融合統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)。5G通信網(wǎng)絡(luò)是一個多業(yè)務(wù)、多技術(shù)融合和創(chuàng)新的現(xiàn)代化通信網(wǎng)絡(luò)，通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和無線通信技術(shù)滿足數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)發(fā)展的需要，提升用戶體驗。隨著5G通信網(wǎng)絡(luò)帶寬和業(yè)務(wù)能力的提升，5G通信網(wǎng)絡(luò)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將會得到質(zhì)的飛躍。下面就對5G通信網(wǎng)絡(luò)特點進(jìn)行分析：

1.1、海量的數(shù)據(jù)傳輸能力

移動通信的發(fā)展過程是解決人與人之間的通信，第五代移動通信技術(shù)實現(xiàn)了人與人、人與物、物與物之間的信息互聯(lián)，相比4G網(wǎng)絡(luò)，5G通信網(wǎng)絡(luò)可以提供100～1000倍網(wǎng)絡(luò)連接能力。物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)類型豐富多樣，業(yè)務(wù)特征存在較大差異。智能家居、智能電網(wǎng)、智慧城市等業(yè)務(wù)都需要網(wǎng)絡(luò)支持海量設(shè)備連接和數(shù)據(jù)分組頻發(fā)，這對數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾侍岢隽烁叩囊?。大量的物?lián)網(wǎng)設(shè)備會部署在偏遠(yuǎn)地區(qū)以及地下室、隧道等信號難以達(dá)到的區(qū)域，這就要求5G通信網(wǎng)絡(luò)具有更廣泛的覆蓋范圍。為了滲透更多的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，5G通信網(wǎng)絡(luò)具備更強的靈活性和可擴展性，以適應(yīng)海量設(shè)備連接和多樣化的用戶需求。

1.2 支持多業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)部署

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，5G通信網(wǎng)絡(luò)將滿足多樣化和個性化的用戶體驗。5G通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計和部署具有多樣性，從覆蓋范圍和應(yīng)用場景來分析，5G通信網(wǎng)絡(luò)將會出現(xiàn)多種形式的部署方式，既有傳統(tǒng)的蜂窩系統(tǒng)，也會出現(xiàn)大量熱點覆蓋的部署方式，同時還有針對高速移動和短距離通信方式的部署。5G通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如下圖-1所示：

2. 影響數(shù)據(jù)據(jù)傳輸可靠性因素

2.1 數(shù)據(jù)傳輸時延

在5G通信網(wǎng)絡(luò)中高頻段信號在空氣中傳播衰減程度較大，而其粒子性又導(dǎo)致傳播方向性較強，能夠到達(dá)目標(biāo)接收端的信號強度和多徑數(shù)目都將受到影響。基于方向傳輸?shù)臏y量結(jié)果現(xiàn)實，5G通信網(wǎng)絡(luò)高頻段信號因為反射現(xiàn)象在傳播中具有較大影響，導(dǎo)致多徑時延相比與低頻會有較大幅度的降低。這就導(dǎo)致5G通信網(wǎng)絡(luò)在設(shè)計過程中，需要采用正交頻分復(fù)用技術(shù)（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM），實現(xiàn)復(fù)雜度最低、應(yīng)用最廣的一種多載波傳輸方式。此外，5G通信網(wǎng)絡(luò)的方向性增加，高頻信號傳播中能夠到達(dá)接收端的多徑數(shù)目將極大減少，將給多進(jìn)多出（multiple-in multipleout，MIMO）傳輸帶來巨大挑戰(zhàn)。MIMO技術(shù)是為極大地提高信道容量，在發(fā)送端和接收端都使用多根天線，在收發(fā)之間構(gòu)成多個信道的天線系統(tǒng)。MIMO系統(tǒng)的一個明顯特點就是具有極高的頻譜利用效率，在對現(xiàn)有頻譜資源充分利用的基礎(chǔ)上通過利用空間資源來獲取可靠性與有效性兩方面增益，其代價是增加了發(fā)送端與接收端的處理復(fù)雜度。大規(guī)模MIMO技術(shù)采用大量天線來服務(wù)數(shù)量相對較少的用戶，可以有效提高頻譜效率。隨著5G通信網(wǎng)絡(luò)頻率越來越高，信號受到多普勒效應(yīng)的影響也越來越強，高頻信號在時域的變化會更加劇烈，為了提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕?G通信網(wǎng)絡(luò)對信道的估計和追蹤將會更加頻繁。

2.2 數(shù)據(jù)傳輸覆蓋范圍

5G通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性可以定義為對特定業(yè)務(wù)的時延要求下成功傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包比例，使用的頻率越高、傳播損耗越大，5G通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋能力就越差。從天線的角度，因為頻段越高，天線的尺寸就越小，更加方便終端和基站在相同面積下集成更多的天線數(shù)目，從而利用波束成形增益來彌補高頻段覆蓋受限的挑戰(zhàn)。由于5G通信網(wǎng)絡(luò)使用的頻段不斷變高，會導(dǎo)致通信系統(tǒng)需要考慮被大氣吸收、雨霧的衰減。由于5G通信網(wǎng)絡(luò)頻段升高，信號傳播的粒子行增強，會導(dǎo)致反射特性增強，繞射和衍射的特性降低。因此，對于建筑物、植被遮擋帶來的影響都需要在5G通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和部署當(dāng)中進(jìn)行重點考慮。

2.3 數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?/p>

安全性是5G通信網(wǎng)絡(luò)重要因素之一，由于5G通信網(wǎng)絡(luò)能夠為關(guān)鍵領(lǐng)域提供服務(wù)。因此，5G通信網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)傳輸過程中必須要具備一定的安全性和可靠性功能，減少網(wǎng)絡(luò)安全攻擊。5G通信網(wǎng)絡(luò)支持各種不同的應(yīng)用和環(huán)境。因此，5G網(wǎng)絡(luò)能夠應(yīng)對通信敏感數(shù)據(jù)有未經(jīng)授權(quán)的訪問、使用、毀壞、修改、審查和攻擊等問題。5G通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃灾饕墙鉀Q通訊中的漏洞，提高信息防護(hù)能力，保證信息的安全，防止網(wǎng)絡(luò)黑客以及一些不法分子盜取信息。在5G通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸可靠性研究中，需要重點關(guān)注數(shù)據(jù)傳輸存在的一些漏洞，相關(guān)技術(shù)人員必須對現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)體系進(jìn)行修復(fù)才能保證數(shù)據(jù)信息不會被盜用。5G通信網(wǎng)絡(luò)通過數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)了信息資源共享，保證數(shù)據(jù)的及時可靠地處理。企業(yè)通過對技術(shù)的不斷升級和創(chuàng)新，將大量的人才引入到了5G網(wǎng)絡(luò)的鋪設(shè)中，為通信行業(yè)提供了大量的技術(shù)支持和人才儲備，為5G信號的大力推廣奠定了良好的基礎(chǔ)，保證了5G信號傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

3. 5G通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸可靠性研究

5G通信網(wǎng)絡(luò)為了滿足個性化的用戶需求，需要研究先進(jìn)的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)以提高信息傳輸?shù)目煽啃?，設(shè)計新型無線傳輸網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸和信號處理流程，同時還需要增加更多頻譜資源，用于提升數(shù)據(jù)傳輸速率和系統(tǒng)容量。由于傳統(tǒng)的移動通信系統(tǒng)使用頻譜資源受限，需要在高頻上擴展頻譜資源，5G通信網(wǎng)絡(luò)頻譜將進(jìn)一步拓展到毫米波頻段，達(dá)到100GHz。

5G通信網(wǎng)絡(luò)可以通過融合和創(chuàng)新的技術(shù)發(fā)展路徑滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?。可以利用不斷持續(xù)優(yōu)化和演進(jìn)的LTE等現(xiàn)有的移動通信系統(tǒng)，利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施與投資，并通過網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計與創(chuàng)新，提升網(wǎng)絡(luò)性能和系統(tǒng)的效率，降低設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)運營成本，滿足5G通信網(wǎng)絡(luò)長期發(fā)展需求。為了尋求5G通信網(wǎng)絡(luò)綠色可持續(xù)發(fā)展，降低設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)運營成本，運營商需要調(diào)整思路適應(yīng)5G通信網(wǎng)絡(luò)生態(tài)鏈變革，降低網(wǎng)絡(luò)成本，提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

5G通信網(wǎng)絡(luò)廣域覆蓋是在傳統(tǒng)蜂窩通信廣域無縫覆蓋的基礎(chǔ)上，提升全網(wǎng)業(yè)務(wù)體驗速率和網(wǎng)絡(luò)平均頻譜效率。引入大規(guī)模多進(jìn)多出技術(shù)并應(yīng)用在5G通信網(wǎng)絡(luò)基站上，進(jìn)一步提高5G通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸效率。伴隨著有源天線技術(shù)的日趨成熟，天線在發(fā)射端可以進(jìn)一步分離多個小單元，計算能力的快速提升，可處理大量天線的中頻或者基帶信號，使得眾多天線單元的大規(guī)模多進(jìn)多出技術(shù)應(yīng)用在5G通信網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中。大規(guī)模天線技術(shù)同時具備多天線賦形增益和多用戶復(fù)用增益，在提高系統(tǒng)覆蓋能力的同時，提升5G通信網(wǎng)絡(luò)頻譜效率，并且不會增加額外的能耗，適合廣域覆蓋的應(yīng)用場景。

在室內(nèi)和室外熱點等局部覆蓋場景當(dāng)中，提供高峰值速率和用戶體驗速率，滿足區(qū)域流量密度的需求。傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)在支持局部熱點覆蓋場景中由于受到頻譜帶寬限制、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)約束等原因，難以滿足5G通信網(wǎng)絡(luò)高速率、高流量的密度需求。需要進(jìn)一步引入超密集組網(wǎng)、毫米波通信、聘雇資源共享以及終端直通等技術(shù)，提高5G通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸可靠性和峰值速率，并且在提高5G通信網(wǎng)絡(luò)部署密度的同時降低部署難度。超密集組網(wǎng)技術(shù)基于熱點密集組網(wǎng)場景，提出了以用戶為核心的新型接入網(wǎng)架構(gòu)和移動性管理，通過集中式的無線資源管理和干擾管理，提升用戶體驗。利用更高的頻率及更大的帶寬，結(jié)合高頻大規(guī)模波束賦形技術(shù)，實現(xiàn)10Gbit/s以上的峰值速率。在小覆蓋場景下，靈活頻譜共享技術(shù)可以利用各種親啊在的可用頻段，提高5G通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸可靠性。終端直通技術(shù)通過在熱點區(qū)域或者短距離覆蓋范圍內(nèi)，在終端間建立直接通信，在降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r延的同時還可以提升頻譜資源共享，提升5G通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)容量和傳輸速率。

4. 總結(jié)：

綜上所述，隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的不斷發(fā)展，信息傳輸?shù)念l率以及業(yè)務(wù)量急劇增加，這就使得通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量和速度已經(jīng)成為人們關(guān)注的焦點。對于5G通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸可靠性的研究，對人們的日常生活以及社會發(fā)展具有極其重要的意義。本文通過對5G通信網(wǎng)絡(luò)的特點進(jìn)行詳細(xì)介紹，并且分析了影響5G通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸可靠性的關(guān)鍵因素，通過不斷培養(yǎng)以及引進(jìn)大量專業(yè)人才，并將最新的技術(shù)添加到5G通信網(wǎng)絡(luò)中，為5G通信網(wǎng)絡(luò)全面覆蓋打下良好的基礎(chǔ)。

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