關于5G 網絡結構演進及關鍵技術分析

曹廣濤

（北京中網華通設計咨詢有限公司，北京 100000）

互聯網技術水平的不斷提高為移動通信的發展打下了良好的基礎，移動信息網絡在發展進程中不斷完善，5G 網絡勢必會在不久后進行全面的應用，5G 網絡是當下的無線通信技術的一次融合，其主要目標是為用戶帶去更大的容量、更高運轉速率的系統、更低系統時延以及更高可靠性的連接，實現在移動互聯網以及物聯網基礎上的多元互聯，這也表明了我國的通信技術翻開了嶄新的一篇。

1 5G 網絡的發展分析

由第五代移動通信技術組建的5G 通信，是面向未來發展的新一代通信系統，5G 通信已經成為當今人們的關注熱點，并且引起了國內外眾多學者的高度關注以及廣泛討論。5G 通信的核心驅動力是互聯網的高速發展，它實現了互聯網以及物聯網運行人機數據的有效共享，早已成為了人們日常生活中不能缺少的主要組成部分，打造高效便捷的生活是5G 通信技術發展的重要目標。從理論上來講5G 通信的速度是4G 通信速度的一千倍左右，而且它還可以支持多種設備之間的互聯，例如：移動手機、平板電腦以及VR 等電子設備。依據有關機構的預測表明截止到2020年，全球的通信設備能夠實現510億部的突破，所以，這對于移動通信多元化的發展，對于通信系統的覆蓋面積以及其安全行能提出了更進一步的要求，如何實現能耗最小化、網絡延時最低化和數據傳輸的高密度化是5G 發展的主方向[2]。從整體情況來看，相比于4G 時代以南北方向流量為主要的流量形式，5G 時代無線以及核心網部分的云端化，為承載網部分提供了任意流向相對比較復雜的連接，包括一個基站到另一個基站間、基站到不同層的子系統內的核心網部分之間和各個不同層的核心網部分間，流量的備份以及負載分擔等等。這也要求承載網可以提供靈活性較強的三層連接、可以滿足流量就近轉發、節省傳輸所需資源和確保最優體驗等有關要求。

2 5G 網絡的部分關鍵技術分析

第一，多入多出的通信網絡技術，換言之就是大規模多天線技術。這一概念的產生是由美國貝爾實驗室的托馬斯在2010年首次提出，其主要是指基站配備數量遠高于終端天線的數目，移動終端采取單天線接收信息的通信方法。天線數量的增多，可以確保鏈路頻譜效率的使用效率的提高和傳輸的穩定性。大規模多天線技術具有以下幾點優勢：一是天線的增長能夠讓能量微小的波束匯聚在一塊小區域內，具備相對較高的空間分辨率，可以增加系統的容量；二是天線數量的增多使得每個信號通路表現出漸進式的正交特點，用戶之間的相互干擾可以獲得有效的解決；三是多天線其自身具很大的陣列增益性，能夠很好的提升用戶信號通路的信噪比，讓系統調度得到明顯的優化。當下大規模的多天線技術也面對著嚴峻的挑戰，天線數量的加大會造成收發機對于波束矩陣的計算難度的不斷增加，其計算處理時間與成本投入問題也不容小覷。信號通路估計以及反饋的復雜程度與自身局限性也是增多天線數目所面對的艱巨挑戰之一。雖然大規模多天線技術仍有很多待于解決的問題，但不得不承認的是，伴隨著對該技術的深入研究以及持續性的發展，在5G 通信網絡中會體現其更大的使用價值。

第二，高電磁波頻率范圍通信技術，也就是高頻段通信技術。當下的移動通信系統主要的工作范圍是近于3吉赫以下的低頻段，伴隨著信息數據的海量增加以及使用用戶的增長，頻譜資源會變得十分緊張。而在低頻段以上的高頻段頻譜資源是相對比較豐富，如果可以對這一頻段的頻譜資源實現有效利用，那么頻譜資源緊張的問題會得到一定緩解。目前階段移動通信產業研究的主攻方向是更高頻段，毫米波使其研究重點，通過對其的深入有效研究，希望可以進一步解決頻譜資源稀缺的問題。目前高頻段通信技術早已在軍工項目、醫學醫療科研以及其他領域中應用，但是在移動通信領域的應用依舊處于研究的攻堅階段。高頻段通信具備以下優點：一是有效利用頻寬高，可以為頻譜資源缺少問題提供相應的解決方案；二是毫米波的器件的尺寸要低于微波元器件的尺寸，毫米波系統的設備以及天線更易于小型化；三是天線增益相對較高；四是波束較窄，在天線尺寸相同這一條件下，毫米波的波束對于微波的波束而言要窄很多，從而可以具有更高的精度。

3 結束語

5G 網絡是4G 網絡的進一步發展，具有寬闊的發展前景，將在多項技術和不同領域內進行有效融合和創新，進而發展成具有性能更強、體驗效果更好的新一代移動通信網絡。隨著時間的不斷推進，我相信5G 網絡會更好的滿足用戶需求，推動移動通信網絡向著更高層次發展。