5G移動通信關(guān)鍵技術(shù)

文/胡亞霖

1 引言

當(dāng)前智能天線、多輸入多輸出、基帶芯片等技術(shù)的快速發(fā)展，有力地促進(jìn)了5G移動網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用普及，基于5G移動網(wǎng)絡(luò)開發(fā)了在線學(xué)習(xí)、手機(jī)銀行、移動社交、生活繳費等移動軟件，提高了社會移動數(shù)據(jù)共享和業(yè)務(wù)操作能力。目前，5G移動通信網(wǎng)絡(luò)雖未開展大規(guī)模商用，但是雄安新區(qū)、廣州、深圳、上海、杭州、北京等重要城市及地區(qū)都開始建設(shè)試驗性質(zhì)的5G移動網(wǎng)絡(luò)，以便能夠利用實際應(yīng)用場景檢測網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用性能，從而為以后大規(guī)模商用建設(shè)提供參考資料。截至到2018年12月底，中國移動、中國聯(lián)通已經(jīng)在數(shù)十個城市建設(shè)了5G基站，比如湖北移動已經(jīng)建設(shè)完成100多個5G基站，分布于漢口江灘、光谷、漢口火車站；北京聯(lián)通發(fā)布了“5G NEXT”計劃，在大興國際機(jī)場、密云古鎮(zhèn)、王府井大街、南鑼鼓巷等建設(shè)了數(shù)百個5G基站，這些基站可以有效地支持多場景、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的城市人群通信傳輸。本文結(jié)合筆者多年的工作實踐，詳細(xì)地描述5G移動通信關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，為5G通信建設(shè)提供支撐。

2 5G移動通信關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，5G移動通信多部署于城市人口密集場所，比如商業(yè)超市、體育廣場、地鐵交通、高層住宅和密集社區(qū)等，這些區(qū)域承載的業(yè)務(wù)多、用戶多，也是各個運營商的經(jīng)濟(jì)利潤區(qū)和重點建設(shè)區(qū)，5G移動網(wǎng)絡(luò)建設(shè)采取的方式可以為宏站或直放站。一些運營商在4G移動通信信號的基礎(chǔ)上，利用小型基站完成對5G移動基站的部署和通信，直放站可以部署于商業(yè)超市、體育會館等；一些運營商采用宏站，構(gòu)建一個大型的基站，部署于鐵塔、樓頂，實現(xiàn)對5G信號的發(fā)射和接收。5G移動網(wǎng)絡(luò)承載的業(yè)務(wù)軟件也大大增多，不僅可以實現(xiàn)傳統(tǒng)移動應(yīng)用，同時還可以支持VR、GPS定位功能，這些應(yīng)用需要依賴高速的數(shù)據(jù)傳輸通道，以便能夠提高應(yīng)用的實時性，5G網(wǎng)絡(luò)也引入了許多先進(jìn)的技術(shù)，比如SON技術(shù)、D2D技術(shù)、異構(gòu)超密集部署分析技術(shù)和SDN技術(shù)。

設(shè)備到設(shè)備（Device-to-Device，D2D）技術(shù)可以支持移動終端設(shè)備復(fù)用小區(qū)資源，提高5G小區(qū)的資源利用率和網(wǎng)絡(luò)容量，也可以進(jìn)一步提高移動頻譜資源利用效果，提高網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的魯棒性。D2D也是當(dāng)前5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的重要趨勢，可以更好地適用于物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等萬物互聯(lián)場景。

自組織網(wǎng)絡(luò)（Self-Organizing Network，SON）可以實現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)部署和運營的自動化，比如可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自動化優(yōu)化、自動愈合，自我調(diào)整5G網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，提高網(wǎng)絡(luò)性能和質(zhì)量，大大地提高網(wǎng)絡(luò)的運行效率，SON可以降低網(wǎng)絡(luò)人工參與度，同時可以提高5G移動網(wǎng)絡(luò)的運營效率。

異構(gòu)超密集網(wǎng)絡(luò)是為了解決通信小區(qū)半徑持續(xù)縮小、小區(qū)密度大規(guī)模增加提出的關(guān)鍵技術(shù)，利用密集化機(jī)制可以為5G移動通信帶來一千倍的增益，形成一個超密集網(wǎng)絡(luò)（UDN，Ultra Dense Network），這樣就可以接入更多的移動智能設(shè)備和用戶，無線網(wǎng)絡(luò)流量也會增加萬倍，可以有效滿足當(dāng)前數(shù)以億計的用戶接入需求，滿足多元化和多樣化通信需求。

軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Network，SDN）是一種新型的、先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新架構(gòu)，其可以實現(xiàn)5G移動網(wǎng)絡(luò)的虛擬化，利用核心技術(shù)OpenFlow可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制面與數(shù)據(jù)面分離，靈活控制5G移動網(wǎng)絡(luò)的流量，將5G網(wǎng)絡(luò)升級為一個更加智能的管道，為5G核心網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用創(chuàng)新提供良好的控制平臺。

3 5G移動通信關(guān)鍵技術(shù)未來發(fā)展趨勢

隨著5G移動通信技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，越來越多的科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)研究5G技術(shù)。未來5G通信關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展趨勢包括兩個方面：一是帶寬更高容量更大；二是通信組網(wǎng)更加智能。5G移動通信將會引入更多的關(guān)鍵技術(shù)，比如帶寬動態(tài)分配、分時分組調(diào)用、通信頻段復(fù)用技術(shù)，增大5G移動通信技術(shù)的用戶容量。帶寬動態(tài)分配可以根據(jù)接入用戶數(shù)量和數(shù)據(jù)傳輸需求，實時地調(diào)整分時分組狀態(tài)，為帶寬需求較大的用戶分配較多的帶寬，同時還可以提高頻段復(fù)用水平，利用頻段復(fù)用可以提高通信信道利用率，具有重要的作用和意義。通信組網(wǎng)引入深度學(xué)習(xí)、模式識別等技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，利用這些機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)可以對海量的組網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和挖掘，識別網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)的優(yōu)缺點，提高5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的有效性，也可以為網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供輔助知識，這樣就可以提高5G網(wǎng)絡(luò)組建的智能化水平，方便設(shè)計和建設(shè)人員運行維護(hù)。

4 結(jié)束語

5G移動通信作為當(dāng)前研發(fā)和應(yīng)用的重點，其可以承載更多的用戶，實現(xiàn)高達(dá)20G的傳輸速率。但是，5G移動通信自身存在一些固有的缺陷，比如穿透力比較差，因此需要在未來大規(guī)模商用建設(shè)中進(jìn)一步深入研究，根據(jù)實際的應(yīng)用需求保持靈活的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，利用先進(jìn)通信技術(shù)實現(xiàn)無縫覆蓋，強(qiáng)化數(shù)據(jù)通信的可靠性和連續(xù)性。