5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對提升4G 網(wǎng)絡(luò)性能的研究

劉奕 湖南科技職業(yè)學(xué)院 人工智能學(xué)院

引言

5G 即第五代移動通信技術(shù)，是新一代蜂窩移動通信技術(shù)，也是即2G、3G 和4G 以后的延長。5G 的性能目標(biāo)是高數(shù)據(jù)速率（峰值數(shù)率20Gbit/s）、減少延遲（時延達(dá)1ms）、節(jié)省能源（網(wǎng)絡(luò)能力的效率為4G 的100 倍）、提高系統(tǒng)容量（頻譜效率是4G 的3 倍）和大規(guī)模設(shè)備連接（連接密度100000 終端/平方千米）。5G 的主要應(yīng)用場景為增強(qiáng)移動寬帶（eMBB）、高可靠低時延連接（uRLLC）和海量物聯(lián)（mMTC）。eMBB 是以人為中心的應(yīng)用場景，集中表現(xiàn)為超高的傳輸數(shù)據(jù)速率，廣覆蓋下的移動性保證；uRLLC 場景下連接時延要達(dá)到1ms 級別，且要支持高速移動（500KM/H）下的高可靠（99.99%）連接；mMTC 可以快速促進(jìn)各垂直行業(yè)的深度融合。

1 4G 網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)處理辦法

隨著終端的增多，業(yè)務(wù)的推新，4G 流量呈爆發(fā)式增長，容量壓力成為亟需解決的關(guān)鍵問題，各運營商應(yīng)根據(jù)不同區(qū)域進(jìn)行容量保障和補(bǔ)充覆蓋。

網(wǎng)絡(luò)容量保障做到及時擴(kuò)容、精準(zhǔn)擴(kuò)容、拆閑補(bǔ)忙、負(fù)載均衡、因地制宜、合理布局；網(wǎng)絡(luò)保障連續(xù)覆蓋，通過頻率專用、宏微結(jié)合加強(qiáng)深度覆蓋。根據(jù)小區(qū)信道利用率、有效RRC 連接數(shù)及小區(qū)流量的實際情況進(jìn)行分析，采取載頻擴(kuò)容或網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等措施對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)容。具體F 頻段基站擴(kuò)容，包括同頻段F 頻段擴(kuò)容10MHz、同頻段F 頻段六扇區(qū)分裂、新建D頻段基站、新建FDD四種方式；D頻段基站擴(kuò)容，包括同頻段F 頻段擴(kuò)容10MHz、同頻段F 頻段六扇區(qū)分裂、新建D頻段基站、新建FDD 四種方式。E 頻段基站擴(kuò)容，包括小區(qū)分裂、新增第二載波兩種方式。在5G 未普及之前，將5G 技術(shù)應(yīng)用于4G網(wǎng)絡(luò)中，實質(zhì)是在保持兼容的基礎(chǔ)上引入新技術(shù)，成為提升4G 網(wǎng)絡(luò)性能的有效手段。

2 4G 網(wǎng)絡(luò)可應(yīng)用的5G 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 Msssive MIMO 技術(shù)

Msssive MIMO 技術(shù)即大規(guī)模天線技術(shù)。從天線數(shù)來理解傳統(tǒng)4G 網(wǎng)絡(luò)天線基本是2、4 或8 天線，而Msssive MIMO 的通道數(shù)達(dá)到64/ 128/256 個；從信號覆蓋維度來理解傳統(tǒng)的MINO 為2D-MIMO，以8 天線為例，實際信號在做覆蓋時，只能在水平方向上移動，而Msssive MIMO 是信號水平維度空間基礎(chǔ)上引入垂直維度的空域進(jìn)行利用，信號的輻射狀是個電磁波束，因此也稱之為3D MIMO。該技術(shù)可以豐富空間自由度并支持空分多址（SDMA），可提供更多可達(dá)路徑從而提升了信號的可靠性，同時也提升了小區(qū)的峰值吞吐率、平均吞吐率及小區(qū)邊緣用戶平均吞吐率，降低了對周邊基站的干擾?，F(xiàn)在4G 網(wǎng)絡(luò)所面臨的需求巨大、網(wǎng)絡(luò)熱點更熱、用戶體驗訴求強(qiáng)烈、特殊場景深度覆蓋困難等問題，3D MIMO 通過顯著增加收發(fā)天線(通道)，獲得更高的分集、陣列、空間復(fù)用、干擾抑制增益，從而顯著地提升系統(tǒng)性能。

2.2 極簡載波技術(shù)

極簡載波是5G 重要的關(guān)鍵技術(shù)之一，它能有效降低5G 技術(shù)應(yīng)用的復(fù)雜性。極簡載波應(yīng)用于4G 網(wǎng)絡(luò)一是兼容性強(qiáng)，可有效提升網(wǎng)絡(luò)吞吐率，二是降低了小區(qū)間信號干擾，提升用戶數(shù)據(jù)速率，三是通過消除不必要的信令和功率，節(jié)省能源消耗和降低成本實現(xiàn)綠色環(huán)保。該技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)已取得了一些成果，愛立信創(chuàng)新將該技術(shù)應(yīng)用于4G網(wǎng)絡(luò)中，實現(xiàn)了智能手機(jī)速率提升50%。

2.3 超密集組網(wǎng)

超密集組網(wǎng)是指在宏基站的覆蓋區(qū)域內(nèi)，利用小功率基站精細(xì)控制覆蓋距離，大幅增加站點數(shù)量。關(guān)鍵技術(shù)包括多連接技術(shù)和無線回傳技術(shù)，通過宏基站+微基站、微基站+微基站兩種模式實現(xiàn)干擾于資源的調(diào)度。在4G 網(wǎng)絡(luò)適用于終端密集區(qū)域，比如商場、學(xué)校、辦公樓、地鐵等場景，可以有效提升系統(tǒng)容量、頻譜效率和能源利用率。對于系統(tǒng)干擾、移動信令負(fù)荷加劇、系統(tǒng)成本與功耗等問題則需要根據(jù)實際場景進(jìn)行研究解決。

2.4 MEC 技術(shù)

MEC（Mobile Edge Computing）技術(shù)即移動邊緣計算基本思想是把云計算平臺從移動核心網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部遷移到移動接入網(wǎng)邊緣，實現(xiàn)計算及存儲資源的彈性利用?？梢蕴峁└偷臅r延，提供位置感知、獲取網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容信息。該技術(shù)將虛擬化的平臺引入移動網(wǎng)絡(luò)中，能有效實現(xiàn)業(yè)務(wù)錨點下沉，縮短業(yè)務(wù)響應(yīng)時間，很好地解決目前4G 移動網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)發(fā)展存在的諸多問題，還能提供將傳統(tǒng)移動網(wǎng)絡(luò)的通信能力開放，為開展網(wǎng)絡(luò)能力相關(guān)的創(chuàng)新業(yè)務(wù)應(yīng)用奠定良好的基礎(chǔ)。

3 總結(jié)

總的來說，從4G 到5G，看似只多了一個G，但實際上它并不是一個單一的無線接入技術(shù)，而是一個真正意義上的融合網(wǎng)絡(luò)。5G 網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)的應(yīng)用研究在不斷的發(fā)展，現(xiàn)網(wǎng)仍然存在多種制式移動網(wǎng)絡(luò)，將5G 技術(shù)應(yīng)用于4G網(wǎng)絡(luò)，能有效提升網(wǎng)絡(luò)的用戶感知和網(wǎng)絡(luò)的性能。