探究蜂窩結構與5G無線通信網絡的關鍵技術

阮學敏

廣東省電信規劃設計院有限公司，廣東 湛江 524000

探究蜂窩結構與5G無線通信網絡的關鍵技術

阮學敏

廣東省電信規劃設計院有限公司，廣東 湛江 524000

隨著社會的發展與時代的進步，近幾年我國的科技、經濟水平有了全面提高。信息時代的到來為各個領域的發展提供了全新的視閾。計算機網絡技術的進步與移動互聯技術的不斷革新，正在不斷地方便著人們的日常生活與學習。科技的迅速發展，使得各種無線移動設備廣泛普及，而為了應對日益增長的網絡市場需求和不斷增長的網絡數據，無線系統設計師已經開始研究5G無線通信。立足于其發展現狀，對蜂窩結構與5G無線通信網絡的關鍵技術進行了研究。

蜂窩結構；5G無線通信；通信網絡；關鍵技術

伴隨著改革開放的日益深入，我國綜合國力有了全面提升。經濟與科技等方面的快速發展，為各個行業的發展提供了“新動力”。就無線移動通信技術而言，其取得巨大成功在某種程度上面也反映了技術的創新與快速發展。從1991年2G系統發布，到2001年3G系統的應運而生。無線網絡系統已經從單一的電話通信系統轉變為了多功能的多媒體系統。因此，對蜂窩結構與5G無線通信網絡的關鍵技術進行研究有著鮮明的現實意義。

1 無線網絡設計現階段面臨的挑戰與4G無線通信網絡

基于3G系統已經不能很好地滿足現階段的網絡發展，4G無線通信網絡已經在人們的生活中逐漸普及，其設計的主要目的是為了滿足IMT-A使用過程中的IP服務要求。在4G無線通信網絡當中，應用了很多先進的無線電網絡接口技術，例如較為常見的多輸入多輸出技術、鏈路自適應技術等。不得不說4G無線通信網絡在目前的網絡環境中可以很好地解決“繁忙”問題。其在低移動狀態下，網絡支持率可以支持1 Gbit/s 的數據傳輸。而4G無線通信網絡真正意義上的普及，是其 LTE 系統在世界范圍內的廣泛部署。但是即使 4G無線通信網絡已經得到了廣泛應用，隨著移動終端用戶的不斷增多，越來越的人對網絡接入提出了更高的要求。而具有先進的通信功能與多樣化的多媒體工程的智能手機與筆記本電腦為網絡帶來了新的阻力。并且這些先進設備的普及，也導致了網絡服務量的激增。根據世界無線網絡研究論壇給出的觀點，世界將會在2017年迎來7萬億的無線設備使用。并且直接接受服務的人群將會遍及社會各個層面，而其服務的總量將會達到 70億人。換一種方式來對這一現象進行形容，“網絡連接的設備數量將會達到世界總人口量的1000倍。”而隨著更多的無線設備被接入到網絡之后，無線網絡環境面臨的挑戰將會越來越多[1]。

其中較為明顯的挑戰之一便是蜂窩通信當中，無線頻譜資源的稀缺。針對蜂窩手機的基本特征來說，其設備內部使用的是超高頻頻段，其基本的頻段分布為幾兆赫到幾吉赫茲。但是經過我們的了解發現，很多運營商在使用這些頻譜資源的過程是十分困難的。另一方面的挑戰是，對于先進的無線技術來說，其基本的商用價值較高，但是相對的能耗也很高。實際上能耗高的問題并不是4G無線通信網絡初期考慮的問題，但是卻成為了發展后期的問題之一[2]。

2 5G無線通信網絡的蜂窩結構

為了很好地解決上訴挑戰問題，應對網絡需求量的逐漸增加，5G無線通信網絡被納入了發展章程當中。而為了更好地滿足5G系統的需求，我們則需要在蜂窩結構的設計上進行創新。根據了解我們知道，無線用戶一天有80%的時間待在室內。但是無論其待在哪一個地方，傳統的小區結構好都是將室外基站建立在移動通信小區的中間。而墻體及其他障礙物將會導致很大程度的穿透損耗。5G 系統的蜂窩結構設計分室外和室內兩種場景，其主要目的就是避免墻體及其他障礙物的滲透損失。在分布式天線系統和MIMO 技術的整體環境之下，在一個網絡基站上面部署幾十個或者幾百個天線陣列[3]。

3 5G 關鍵技術

3.1 大規模MIMO

MIMO系統是依靠多多個天線所組成的系統。因此，其在網絡運輸的可靠性方面，能源效用方面將會有突出的表現。在MIMO系統當中，無論是接收器或是發射器都配置了大量的天線元件。大規模MIMO系統除了擁有傳統MIMO系統的優勢以外，還具有能源利用率高等特點。在大規模的 MIMO系統當中，噪聲影響會消失，通過合理利用 MIMO，還可以實現MAC 層的算法簡化設計[4]。

3.2 認知無線電網絡

CR網絡是一個創新型的無線網絡軟件技術。其一經出現便被譽為了一個具有良好前景的網絡技術。在網絡系統中采用CR 網絡，將會使無線電頻譜在短時間內得到充分使用。CR 網絡將會自動感知周圍的網絡傳輸效率，并且會根據實際情況進行調節。并且在CR 網絡當中，可以利用用戶沒有使用過的頻譜資源。而在抗干擾的CR網絡當中，用戶可以與授權系統共享資源[5]。

3.3 綠色通信

5G無線通信網絡系統的設計應在最大限度上面考慮能耗問題，實現無線通信領域的綠色化。而減少能耗問題也是世界各地網絡運用商亟需解決的問題之一。減少網絡能耗將會減少二氧化碳的排放量。VLC 技術與毫米波技術則被認為是高效節能的有效方法。例如在 VLC 系統中，一個燈泡消耗的能量比其 RF的等價傳送環境下數據消耗的能量少很多[6]。

4 結論

無線通信系統已經成為了我國經濟發展與社會建設的主要原動力。為滿足人們日益增長的網絡需求，無線通信系統還應不斷發展。綜上所述，5G無線通信網絡對于滿足日益增長的網絡市場有著鮮明的現實意義。本文結合概念型5G無線通信網絡，利用蜂窩結構構建了一個基本模型，探討了可以滿足5G無線通信網絡的一些具有較好發展前景的關鍵技術。

[1]王新玲.面向 5G移動網絡綠色通信關鍵技術研究[D].成都：電子科技大學，2015.

[2]吳杰.面向 5G的無線網絡節能技術研究[D].南京：東南大學，2015.

[3]雷秋燕，張治中，程方，胡昊南.基于C-RAN的5G無線接入網架構[J].電信科學，2015（1）：112-121.

[4]周一青，潘振崗，翟國偉，田霖.第五代移動通信系統5G標準化展望與關鍵技術研究[J].數據采集與處理，2015（4）：714-724.

[5]陳山枝.發展5G的分析與建議[J].電信科學，2016（7）：1-10.

[6]馮偉龍.超密集網絡（UDN）的性能分析與關鍵技術研究[D].北京：北京交通大學，2016.

Research on the Key Technologies of Cellular Structure and 5G Wireless Communication Network

Ruan Xuemin
Guangdong Telecom Planning & Design Institute Co., Ltd., Guangdong Guangzhou524000

With the development of society and the progress of the times, in recent years, China’s science and technology,economic level has been a comprehensive improvement. The arrival of the information age provides a new perspective for the development of various fields. With the development of computer network technology and the continuous innovation of mobile Internet technology, people's daily life and learning. The rapid development of science and technology, making all kinds of wireless mobile devices have been widely used, and in order to cope with the growing demand of network, network data increasing, wireless system designers have begun research on 5G wireless communication. Based on the present situation, the key technologies of cellular structure and 5G wireless communication network are studied.

cellular structure; 5G wireless communication; communication network; key technology

TN929.5

A

1009-6434（2017）3-0003-02