探析5G無線通信系統標準化設計與關鍵技術

蔣冬磊

【摘要】5G無線通信技術是未來通信技術的重點和關鍵，隨著移動終端設備的普及性應用，多媒體數據傳輸量呈現激增態勢，相較于4G無線通信系統而言，5G無線通信系統具有更高的傳輸效率和更為寬廣的覆蓋面積。為此，要注重對5G無線通信系統的標準化設計，探析5G無線通信系統的關鍵技術，不斷推動5G無線通信系統的完善和進步。

【關鍵詞】5G無線通信系統；標準化；設計；關鍵技術

一、5G無線通信系統的標準化規劃設計分析

5G無線通信系統要能夠應用于移動互聯網的增強移動寬帶、大連接物聯網、高性能物聯網等三大場景，滿足通信業務的部署場景的多樣化、靈活性需求。

（一）NR接入網架構標準化設計

可以采用中心控制節點（CU）和分布節點（DU）的方式，滿足5G無線通信網絡的高吞吐量、低延遲、密集化部署需求，引入LTE和NR的雙連接方式，進行接入網整體架構和內部分離架構的設計。其中：接入網整體架構由gNB和ng—eNB兩大節點組成，以gNB作為NR接入技術的基站，以ng—eNB作為E—UTRA接入技術連接5G核心網的基站，并通過Xn接口進行連接。接入網內部分離架構主要采用Gnb—CU/gNB—DU分離的架構，實現接入網絡的云化和虛擬化，較好地提升各節點間的資源協調和傳輸協同能力。同時，系統支持LTE與NR聯合組網的方式，提供完整的5G服務。

（二）NR空口設計

NR空口物理層信號傳輸架構以4GLTE為基礎，支持靈活、動態的TDD雙工方式，包括幀結構和OFDM參數設計，支持基于時隙的資源調度，并采用靈活分級的帶寬設計、下行同步信道設計和上機隨機接入過程設計。同時，NR空口高層協議與物理層信號傳輸相匹配，實現空口無線數據的按序可靠傳輸，實現網絡控制、無線資源高效管理、切換管理等功能。

（三）5G核心網的標準化設計

5G核心網引入了網絡功能和服務的概念，借助于軟件化和虛擬化技術，靈活便捷地部署和演進網絡，實現UE接入控制和移動性管理，主要實現會話管理功能、網絡存儲功能、統一數據管理功能、鑒權服務器功能、策略控制功能、網絡開放功能、網絡切片選擇功能。

二、5G無線通信系統關鍵技術分析

（一）大規模MIMO技術

5G無線通信系統采用多天線技術，利用其強大的分辨率，實現對空間維度資源的深入挖掘，確保多個用戶在同一頻率內的通暢通信，有效解決小規模基站下的高頻譜信息傳輸問題，體現出極強的抗干擾能力和數據傳輸能力，提升頻譜效率。具體來說，大規模MIMO技術表現出如下優勢性能：（1）信道容量增益。大規模MIMO系統中的天線數量增加，可以縮減天線單元的間距，引發天線單元間更強的互耦效應，大幅降低信道容量。相關的系統參數主要包括有：反向鏈路信道容量、前向鏈路信道容量。（2）頻譜效率。當系統中的天線數量既定的前提下，可以調節系統相關參數如：輻射功率、用戶數量、導頻序列的持續時間等，以有效提高系統的頻譜效率。

（二）雙公開技術

5G無線通信系統可以在雙公開技術的依托和支撐下，實現信息的同時傳輸和同頻率傳輸，在通信系統的每一端都設置發送器和接收器，同步進行兩個方向的信號數據的傳送，不會出現因切換操作而引發的時間延遲現象，適用于遠程監測控制系統的交互式應用。

（三）綠色通信技術

5G無線通信系統在信息傳輸的過程中，必然會產生能量的消耗問題，必須加大對綠色通信技術的研究，注重能源利用率與通信頻譜效率之間的平衡與協調關系，為ICT行業打造綠色、低碳的未來。為此，電信系統要統一部署加強節能減排，完善蓄電池回收處理機制，避免對因報廢蓄電池處理不當而引發的直接污染。同時，還要注重選擇無噪聲、無電磁輻射、無污染物生成的光纖光纜和傳輸設備，打造環保的無線網絡。

（四）毫米波高頻段通信技術

鑒于頻譜資源極其有限的現狀，要在5G無線通信系統中引入毫米波高頻段通信技術，以波頻段在30GHz—300GHz、波長在1—10mm的毫米波作為信息傳輸的通信載體，體現出帶寬高達273.5GHz、波束窄、探測能力強、安全保密性好、傳輸質量高、全天候通信的特點。具體應用包括有：（1）毫米波地面通信。可以利用多跳的毫米波接力（中繼）通信，提高信號傳輸速率、帶寬和坦。（2）毫米波衛星通信。同時，在應用毫米波高頻段通信技術的過程中，要考慮到毫米波在大氣中傳播時的散失現象，因而目前僅適用于短波通信，有待進一步改進和優化。另外，由于毫米波通信系統與MIMO通信系統不相匹配，為此要引入混合波束成形的概念，利用數字域波束成形和模塊域波成形的理念，實現5G通信系統的應用和推廣。

三、小結

綜上所述，5G無線通信系統基于靈活動態的TDD信號傳輸進行標準化設計，構建5G無線通信系統的新型接入網架構和核心網架構，提升系統移動寬帶能力，使之較好地應用于多樣化的場景，滿足通信業務的快速發展需求。同時，要深入分析系統關鍵性技術，提高頻譜資源利用率，擴展系統容量，為人們帶來更大的便利。