5G移動網絡綠色通信的相關關鍵技術

崔玉柱 沙巍

摘要

4G網絡相對于3G網絡在網絡速度、網絡延時、網絡容量上都有了很大的提升，但是隨著我國智能化技術的不斷發展，現有的4G技術已經無法滿足人們對于移動網絡的要求。隨著無人駕駛、高清影視等等業務的興起，4G網絡向5G網絡轉變已經是必然的趨勢。

【關鍵詞】5G移動網絡 綠色通訊 關鍵技術

如今的4G網絡想要向5G網絡轉變，還需要解決很多技術上和硬件上的問題。譬如說5G網絡中需要考慮到更大的流量消耗，更嚴格的延時需求，更精準的移動業務等等。先現有的4G網絡硬件設備上，還存在的比較嚴重的能耗問題，如何解決5G硬件設備中的能耗問題，成為SG技術推廣的關鍵因素之一。

1 5G網絡技術的發展方向

為了實現5G網絡對網絡質量、速度的要求，現有通訊技術必須從以下幾大方面突進。

對UDN（超密集部署）技術的進一步研究，在單位面積內布置更多的基站和信號節點，提高負載分流效率，進而提高單位面積的頻譜利用效率，減少在同一區域中同頻同時頻率的干擾概率。

為了實現更快的網絡速度，需要從頻譜使用范圍內下手研究。在未來技術不斷發展的背景下，毫米波通訊自身的缺陷性會被克服，進而被5G通訊技術利用。同時5GHZ Wife的通訊波也可以作為5G通訊信號的一個新的補充，進而擴展5G通訊載頻的頻域寬度。

通過對新波形技術、大規模MIMO技術、SCAM技術、同頻時雙工技術的應用，能夠大大提升5G技術領域中頻譜的傳輸效率，使得無線傳輸技術得到質的飛越。在5G網絡技術中，還可以使用CDN（內容分發網絡）技術來增加緩存服務，提高網絡延時的質量。

2 5G綠色通訊目前需要解決的問題

綠色通訊講究的是低能耗、高效率、可持續發展的觀念。在現有的4G網絡向5G網絡轉型的過程中，限制綠色通訊概念發展的最大因素在于RAT無線接入網絡的能耗過大的問題。據研究，無線接入網中基站的功率占到整體功耗的40%-70%。想要實現5G綠色通訊的發展，必須先解決接入網中基站功耗過大的問題。除了基站接入網功耗過大的問題需要解決外，其他譬如存在與網絡級、鏈路級、技術上的效率問題也是5G綠色通訊技術要解決的關鍵問題。

3 實現5G綠色通訊節能的關鍵

3.1 器件角度實現綠色節能

基站的接入能耗是移動網絡中耗能最大的一個方面，為了解決無線基站在接入過程中出現的高能耗問題，需要從器件上開始入手來降低基站的工作能耗。通過合理選擇基站業務調度的方式，能夠在使用強度上減少基站能耗，但基站的主要能耗還是來自于功率放大器的支出能耗，所以改善功率放大器的能耗，是降低基站接入能耗的關鍵。采用更優的動態業務功率放大器，能夠很好地解決基站的能耗問題，通過合理的參數設置，能夠減少基站的能耗支出。

3.2 鏈路角度實現5G綠色通訊

雖然說5G的大能耗問題在鏈路通訊上并不像基站能耗般明顯，但是鏈路能耗在5G綠色通訊觀念中，也必須被重視起來。基站射頻所需要的能耗在總體能耗中的占比也非常驚人，基站傳輸效率決定了能量使用的效率。提高鏈路傳輸的效率和降低鏈路傳輸的功耗，成為了SG綠色通訊技術的發展方向之一。

3.3 網絡級別角度上的綠色節能

網絡級別的綠色節能技術在建立在鏈路節能的基礎上，通過將異構無線通訊網絡引入社區小站，通過超密集部署小站的方式來降低無線通訊的接入距離，減低基站能耗，提高5G網絡的網速、容量等。超密集部署小站，和異構無線小站的實現是未來5G技術實現百倍，甚至千倍的網絡服務質量提升的關鍵所在。

4 5G綠色通訊技術關鍵

4.1 密集化高能效小站部署方案

超密集網絡與Small Cell聯合組合而成的異構網絡，將是未來 5G網絡實現的關鍵，Small Cell部署的位置和密度是該方案的重點關鍵所在。隨著small Cell站點的布置密度越來越多，也會出現比較明顯的同頻干擾問題。Small CEII部署的增多，也會增加網絡拓撲結構的復雜性，帶來宏微觀層面的干擾。

在密集型基站部署過程中，可以采用全向天線的SmallCEll站點設置，而LTE-A宏基站中一般采用扇形天線作為宏基站的主要天線布設方式。由于扇形天線的功率在扇形的區域存在不同，因此，Small CEII小站點的天線應該根據LTE-A宏基站的扇形天線角度來進行調整。在Small CEII密集型小站點中采用Pico可密集化部署的模塊，使得網絡的多級鏈路技術能夠實現。

在SmallCell密集化小站的布設過程中，需要采用用戶SINR的相關公式來進行下行接收功率計算，Sinr公式計算的結果精度取決于天線模型與信道模型，根據不同的網絡宏觀環境的布設，確定宏基站的布設點，同時使用Pico數量和布設位置來確定能效的統計方式，通過仿真的計算模式，計算出密集型部署的小站數量和位置，確定最優的方位數量布置。由于Pico場景的不同會影響頻譜的傳輸能力，需要在宏觀和微觀上同時協調Pico場景的效能參數，使得鏈路點和Small CElL的布設達到最優。

4.2 具有高效能耗的網絡拓撲機制研究

由于移動用戶分布的方式具有隨機性和不均衡性，使用均勻分布和熱點分布對網絡能耗計算的結果存在明顯的差異，為了達到網絡拓撲結構最優化的設計目標，應該進行SmallCEII喚醒/睡眠機制進行設置。通過動態調整的方式，通過建立用戶分布曲線，用戶能耗曲線來減少密集化部署的Small Cell小站的能耗。

SmallCEll小站的睡眠/激活機制應該根據不同的基站布設方式來擬定，在小區站點布設密度較低的情況下，可以采取Small CEll不休眠的方式，以確保網絡質量。在站點部署密集的情況下，可以設置大時間尺度的節能方案，節能方案可以參考RAN3的SI/WI的休眠/喚醒方案。在眾多的喚醒/休眠方案中，效能配置最優的方案是動態喚醒方案，基于子幀級別的動態Small Cell動態喚醒方案，能夠實現幀級別的動態節能，該方案亦可參考SCE SI的動態喚醒方案。

4.3 高效能編碼技術

由于傳統的LTE-A系統中的Pico通訊控制令能夠實現多接口控制面板傳輸協議，這就使得S-GW實現網絡編碼方案的優化應用成為了可能。編碼技術的實現主要依靠SmallCEII業務型網絡編碼技術的實現，從S-GW、D2D、MENB、senb上考慮出發，進行基于業務型的SmallCEll編碼技術的優化。

5 結束語

5G網絡的發展必須建立在低能耗、高能效、密集化小站部署，高效的SmallCEll編碼技術的基礎上。為了實現綠色5G通訊，還需要從硬件能耗的角度下手，使用能效更高的動態服務硬件設備。

參考文獻

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