5G 移動通信技術在通信工程中的應用

陳曉鵬

（蘭州信息科技學院，甘肅 蘭州 730300）

5G 通信技術是五代移動通信技術的英文縮寫，采用1～10 mm 波長進行數(shù)據(jù)傳輸，頻譜為中、高頻段，具有高速率、低延遲和大容量數(shù)據(jù)傳輸?shù)葍?yōu)點，可以達到較好的通信質量，但傳播損耗高、網(wǎng)絡覆蓋成本高，需要通過MIMO、波束聚合等技術作為支撐，這樣才能覆蓋更廣范圍。5G 技術與現(xiàn)代生產需求進行結合，可以推動各行業(yè)向著智能化方向發(fā)展，已經(jīng)成為通信工程領域關鍵技術，在通信傳輸中發(fā)揮著重要作用。

1 5G 原理與關鍵技術

1.1 通信組網(wǎng)

1.1.1 非獨立組網(wǎng)(NSA)

全球很多移動運營方都采用NSA 非獨立組網(wǎng)模式，具有組網(wǎng)時間短、前期投入低等特點。根據(jù)控制面和用戶面不同來選取具體的NSA 組網(wǎng)方式，主要以4G 核心網(wǎng)+4G 基站和5G 基站進行混合，在降低組網(wǎng)成本的同時實現(xiàn)5G 功能。將用戶面數(shù)據(jù)劃分為兩部分，4G 基站不能實現(xiàn)的通信由5G 基站來完成，余下數(shù)據(jù)交由4G 基站。該組網(wǎng)是基于4G 核心網(wǎng)來接入，沒有獨立運行的5G 核心網(wǎng)，需要4G、5G 接入網(wǎng)實現(xiàn)互通，技術實現(xiàn)比較復雜，需要支持LTE、NR 連接，終端成本上不占有優(yōu)勢。從技術角度分析，SA 技術要比NSA 技術更為先進，但選擇該方面會對4G 設備進行利用，有助于快速實現(xiàn)5G 組網(wǎng)投資。NSA 組網(wǎng)是過渡方案，可以在短期實現(xiàn)對5G 技術的應用嘗試，最終會退出。

1.1.2 獨立組網(wǎng)(SA)

以5G 核心網(wǎng)、無線網(wǎng)作為實現(xiàn)SA 組網(wǎng)的前提條件，將新建5G 基站作為終端、核心網(wǎng)的中轉站，做到真正的獨立組網(wǎng)。以全新5G 核心網(wǎng)與無線網(wǎng)進行組網(wǎng)可以最大程度地發(fā)揮出技術性能，但需要投入更多的資金。以4G 基站為基礎進行升級來接入5G 網(wǎng)，也可以實現(xiàn)獨立組網(wǎng)，具有較高的技術經(jīng)濟性。SA 組網(wǎng)可都采用5G 架構和核心網(wǎng)，與4G 互通難度較低，接入核心網(wǎng)級就可以實現(xiàn)，終端采用NR 單一無線接入技術即可滿足要求。SA 組網(wǎng)更為合適，但由于運營不能在短時期內放棄4G 網(wǎng)絡，運營商大多在保證原設備功能的前提下，讓用戶感受到5G 技術帶來的快捷體驗。

1.2 5G 移動通信功能特點

與4G 技術進行比較來看，有如下功能特點：①增加移動寬帶。5G 技術先進性體現(xiàn)在數(shù)據(jù)傳輸速度方面，最高可以達到10G/s，該速度可以滿足用戶對數(shù)據(jù)通信的要求，5G 增強型移動寬度可以保證數(shù)據(jù)移動性、業(yè)務連續(xù)性不會受到影響。②海量物聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)會對推動經(jīng)濟發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)的實現(xiàn)與傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡不同，在屬性與流量模型方面有著很大的差異，物聯(lián)網(wǎng)要面對網(wǎng)絡協(xié)議無法解決的問題，還應該采用多種流量模式來滿足服務質量，采用5G 技術可以很好地解決物聯(lián)網(wǎng)技術難題。③超低時延。5G 技術具有低時延、高可靠性等特點，現(xiàn)已經(jīng)應用AR/VR、AI 機器人、智能制造等領域，隨著5G 物聯(lián)網(wǎng)的應用，IOT 將業(yè)務將會推動5G 業(yè)務的成熟。

1.3 5G 移動通信關鍵技術

1.3.1 毫米波技術

運行頻率在30～300 GHz、波長為1～10 mm 可劃入毫米波電磁信號，再借助帶寬、天線又重增益，毫米電磁波可以達到超高傳輸速率，可與多種終端設備連接。毫米波通信可以靈活繞過阻礙，達到高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男Ч?，如果終端信號較弱則可以通過毫米波提高傳輸速度，降低信號傳輸時的信號干擾。很多無線接入技術疊加網(wǎng)絡，都需要借助毫米波通信，建設毫米波基站，可以提升高速移動通信用戶體驗，宏基站、小基站都采用低頻段，用戶在使用時會存在信號頻繁切換的問題，需要對當前的通信模式進行優(yōu)化，宏基站運行在低頻段可以起到通信控制平面的作用，小基站運行高頻段可作為用戶運行數(shù)據(jù)平面。通信回程采用毫米波通道，可以按照數(shù)據(jù)流量增加情況來合理部署小基站，也要以在數(shù)據(jù)量小、空閑段關閉小基站，這樣可以起到節(jié)能效果。

1.3.2 大規(guī)模MIMO 技術

WIFI、LTE 等都采用MIMO 技術，頻譜效率和信號傳輸可靠性都與通信天線數(shù)量呈現(xiàn)出正相關，很多LTE 基站為水平排列，波束為水平方向，天線數(shù)量多相應的尺寸就會增大，給安裝帶來困難。5G 天線采用大規(guī)模天線陣列系統(tǒng)技術，也被稱之為LSAS技術，可提升空間自由度，水平或垂直方向均可放置，可增加波束維度和降低天線耦合產生能耗損失，有利于降低運營成本。LSAS 技術的靈活性可實現(xiàn)對波束方向的動態(tài)調整，形成滿足用戶使用需求的特定波束，也可結合波束方向準確區(qū)分出用戶類型，形成的三維波束空域粒度更為精細，每類用戶MIMO 性能都可以得到改善。

1.4 5G 移動通信存在的問題

1.4.1 損耗問題

5G 移動通信為高速率傳輸方式，但會存在傳播損耗和穿透損耗，傳播損耗與頻率為平方反比關系，穿透損耗與頻率不存在線性相關，相同介質穿透損耗會隨著頻率上升而增加，但與介質本身性質也有關，鋼筋混凝土建筑會高于玻璃幕墻的穿透損耗。

1.4.2 頻繁切換

很多5G 信號運營商采用NSA 模式，4G、5G 基站并存，如果相鄰小區(qū)切換帶設置不合理，用戶使用5G 信號時會存在掉線、切換速度慢等問題，需要對相鄰小區(qū)參數(shù)進行優(yōu)化，避免出現(xiàn)信號頻繁切換問題。

2 5G 網(wǎng)絡優(yōu)化

2.1 單站驗證

單站驗證工作主要有準備、測試與分析、建議與實施、驗證報告四個環(huán)節(jié)，準備工作主要有硬件和軟件準備、確定采用的測試方法、查看站點運行參數(shù)、查看站點狀態(tài)，準備完成后進行測試與分析，檢查是否存在問題，如果確定沒有問題則輸出單驗報告。如果存在問題則單驗問題記錄，并對運行參數(shù)進行調整，核實參數(shù)調整是否通過，如果沒有通過則再次進行調整，完成參數(shù)調整工作后實施調試動作，然后轉入測試與分析流程。

單站驗證為5G 網(wǎng)絡優(yōu)化中的重要環(huán)節(jié)，驗證時要確保每個小區(qū)通信接入性能、數(shù)據(jù)能力達到正常使用要求，目的是為解決網(wǎng)絡信號覆蓋不足引起的掉線和接入失敗問題，進行驗證可提高對問題的準確定位能力，是進行聯(lián)合優(yōu)化的前提條件，可以為后續(xù)優(yōu)化打下良好的基礎。對站點參數(shù)進行檢查，得到5G 網(wǎng)絡配置數(shù)據(jù)，與前期規(guī)劃數(shù)據(jù)進行對比分析，查看數(shù)據(jù)偏差情況。5G 網(wǎng)絡組網(wǎng)應用NSA 方式，在進行核查數(shù)據(jù)時要確保NR 側數(shù)據(jù)相符，還應該使LTE 則數(shù)所配置和規(guī)劃相同，所以，單站驗證站點數(shù)據(jù)要進行全面地核查。站點狀態(tài)檢查需要多現(xiàn)場得得到站點運行狀態(tài)，查看LTE、5G 小區(qū)運行是否異常。對測試工具、UE 終端和軟件等進行檢查，查看是否存在運行異常，測試車內運行時速應該合理，存在測試異常時應該減速，為防止相鄰基站對測試產生影響，可在單站測試激活相鄰基站的小區(qū)。

數(shù)據(jù)業(yè)務測試是重要的測試內容，對小區(qū)信息傳輸速率進行測試，主要采用FTP 測試、灌包測試方法，進行定點和移動測試，先對FTP 測試進行優(yōu)化，對上、行速率進行測試，要確保測試硬件負荷滿足FTP測試需要，避免由于硬件性能差異引起測試結果異常。進行單站驗證時，如果UE 接入網(wǎng)絡運行正常，可是無法進行切換，應該先對無線信號進行檢查，查看RSRP、SINR 數(shù)值偏離情況，檢查NR 小區(qū)鄰區(qū)關系是否已經(jīng)添加好，存在站間變更應該檢查錨點站至目標NR 小區(qū)是否已經(jīng)添加完，X2 配置是否完成。

如圖1，智能終端接收到獲取待測試站點的基本屬性參數(shù)的指令后，通過網(wǎng)絡從服務器中獲取所述待測試站點的基本屬性參數(shù)，以及測試用例。

其中，圖1 中包括用于進行單站驗證業(yè)務測試的測試項目，以及與所述測試項目對應的預置的測試條件。

圖1 5G 組網(wǎng)的基本結構形式

其中，較佳的，智能終端中可以預先安裝有預設的測試應用，則步驟101 中用于獲取待測試站點的基本屬性參數(shù)的指令：智能終端檢測到用戶在測試應用的用于獲取待測試站點的基本屬性參數(shù)的輸入框中輸入待測試站點的名稱；或者該指令還可以是由兩個操作組成：首先是智能終端檢測到用戶輸入的距離當前測試位置的搜索范圍。

該搜索范圍距離當前測試位置50 m，或者表示地理區(qū)域的名稱，例如某某公園等。該搜索范圍用于提交給服務器，以便于服務器查找當前測試位置附近的站點并反饋給智能終端。由于限定搜索范圍后服務器返回給智能終端的可能是至少一個站點，故此，智能終端再進一步接收到對至少一個站點的選擇指令后，將該選擇的站點作為待測試站點，開始獲取該站點的基本屬性參數(shù)，以及測試用例。

其中，待測試站點的基本屬性參數(shù)為用于進行單站驗證業(yè)務測試的參數(shù)，例如，站名、基站ID、小區(qū)ID、天線方向角、基站的經(jīng)緯度信息等。

步驟102：從當前服務站點的空口信令中獲取所述當前服務站點的站點ID。

其中較佳的，對于宏基站，可以從空口信令中獲取該宏基站的eNB(演進型基站)ID，作為站點ID；對于待測試站點的小區(qū)，可以從空口信令中解析出該站點的小區(qū)的小區(qū)ID，以便于進行測試。

步驟103：判斷所述當前服務站點的站點ID 與所述待測試站點的基本屬性參數(shù)中的站點ID 是否相同。

步驟104：當所述當前服務站點的站點ID 與所述待測試站點的站點ID 相同時，發(fā)出所述當前服務站點為所述待測試站點的提示。

其中，在一個實施例中，提示當前服務站點為待測試站點的方法可以是音頻、圖像或文字，只要能夠使用戶辨別出步驟103 的判斷結果的提示方法均適用于本發(fā)明實施例，本發(fā)明對此不做限定。

步驟105：接收對測試用例的選擇指令。

步驟106：根據(jù)選擇的測試用例以及所述待測試站點的基本屬性參數(shù)，進行單站業(yè)務測試。

2.2 簇優(yōu)化

在進行簇優(yōu)化前應該對關鍵要素進行核查，制定出測試方式，單站驗收入網(wǎng)等，NSA 控制面優(yōu)化是對LTE 錨點性能和輔小區(qū)組性能。切換門限調整優(yōu)化，會對鄰區(qū)數(shù)據(jù)切換造成影響，對于NSA DS 用戶，MeNB 切換觸發(fā)乖和LTE 用戶相近，可對NSA DC用戶采用同頻/異頻切換門限。異頻切換場景應該利用參數(shù)異步切換策略組來將不同QCI 與ID 進行匹配，對不同策略組ID 利用LTE 至異系統(tǒng)策略配置異頻切換門限。NSA DC 用戶利用LTE 至UTRAN 異系統(tǒng)配置異頻切換，同頻切換與異系統(tǒng)配置基本相同，再配置與LTE only 不同策略組，可以對移動切換門限進行分別設置。小區(qū)對切換參數(shù)調整優(yōu)化，當測試路線確定某個方向并進行行駛，兩個小區(qū)間只可進行一次切錦，可進行調整來準確變化切換位置，這樣只會地鄰區(qū)產生影響。鄰區(qū)關系調整優(yōu)化只添加LTE 鄰區(qū)和NR 鄰區(qū)關系，同頻鄰區(qū)只調整鄰區(qū)關系和NR 鄰區(qū)關系。

NR 用戶面優(yōu)化方面，進行CCE 聚合等級優(yōu)化，針對信道質量佳的小區(qū)，存在嚴重問題時進行參數(shù)優(yōu)化會減小CQI 偏置，可以減少CCE 擁塞。進行RB調度不滿優(yōu)化，如果UE 切換至目標小區(qū)，RB 調度不滿時可以進行乒乓切換優(yōu)化，可以降低切換次數(shù)。AAU 超溫會啟用降額調度，進行重啟、冷卻等措施來處理。關閉SIBI 調度，不采用SIBI 進行廣播RMSI，其內容經(jīng)過RRC 信令，UE 開始接入NR 以前進行發(fā)送，可以關閉SIBI 來降耗。提升信道RE 資源優(yōu)化，可以在信息質量佳的情況下，將PDCCH打開，可以提高資源增益。TRS 剩余資源打開，無法進行數(shù)據(jù)傳輸，關閉時可以進行數(shù)據(jù)傳輸來提高資源增益。

Rank 優(yōu)化方面，由于Rank 會受到物理環(huán)境影響，可將其限制在1、2 階，檢查UE 下行天線差異，更改切換門限等方法。MCS 優(yōu)化時可以進行CQI 優(yōu)化、CQI 不上優(yōu)化，切錦后爬升慢優(yōu)化、MCS 波動大優(yōu)化策略，避免MCS 值受到影響。

3 通信工程中應用5G 技術分析

3.1 通信工程建設

無線通信網(wǎng)絡基站是當前通信工程建設的主要內容，5G 技術應用于通信工程建設，可以拓展網(wǎng)絡覆蓋面，提升用戶使用網(wǎng)絡的體驗。目前，采用無線通信技術進行通信網(wǎng)絡建設需要投入很大的資金，再受到網(wǎng)絡拓結構的影響，通信容量的進一步提升會受到制約，無法達到實時通信的要求。5G 移動通信應用于通信工程可實現(xiàn)端對端的通信，可以達到數(shù)據(jù)信息近距離傳輸?shù)囊?，更好地保證數(shù)據(jù)完整性、準確性，還可以防止出現(xiàn)中間節(jié)點干擾問題，通信傳輸速度與效率都可以進一步提升，減少數(shù)據(jù)通信時產生的損耗，有利于建立起多結構、多渠道的復合通信體系。

3.2 智能通信

通信工程應用5G 移動通信技術，可以滿足國家提出的智能化、信息建設規(guī)劃要求，不但在5G 手機等智能終端設備，還應該應用于電子顯示牌、路燈等市政基礎設施領域，提升城市的智能化、信息化管理水平。進行智能通信建設時，應該進行架構設計，為后續(xù)的其他信息接入預留好端口，保證數(shù)據(jù)信息的高效和安全傳輸，為智慧城市建設提供技術支持。

4 5G 技術的發(fā)展趨勢

綜上所述，5G 通信技術的研究會更為深入，對促進通信工程質量提升發(fā)揮著重要作用，也會為用戶帶來更好的網(wǎng)絡使用體驗感，用戶數(shù)量也會越來越多，具有良好的應用前景，可為我國通信產業(yè)建設打下堅實基礎。