5G移動通信網絡架構與關鍵技術要點探討

◆林利軍

（杭州電子科技大學信息工程學院 浙江 311300）

縱觀移動通信的網絡時代發展，其發展階段的時間跨度正在逐漸縮短。如今，5G移動通信時代，它將帶來更為激進的性能要求，同時也需要巨大的改變和新興的技術來滿足5G的需求。在5G移動通信時代，5G網絡技術將會不斷與其他相關前沿技術相結合，以人為主要服務對象，延伸到人與物全連接的世界，實現“萬物互聯”的偉大愿景。

1 5G移動通信網絡架構

5G網絡是基于4G網絡基礎上不斷發展和完善而形成的一種新型網絡架構模式[1]。目前，5G的關鍵技術及其對于網絡的需求已得到了初步確定。鑒于其發展方向，互聯網與物聯網的有效結合也必將是未來的一大趨勢。當然，5G網絡技術除了能夠帶來移動互聯網的巨大變革外，還能夠為超高流量密度及移動性等無線物聯網需求提供強有力的支持。而5G網絡自身在其長期的發展中已形成了一定的基礎模式，大體可從原有的認識模式上進行深度研究與剖析。綜合未來發展方向，關于5G的網絡架構將主要圍繞三大模塊開展，即是網絡部署場景、接入網、核心網。

（1）網絡部署場景

5G網絡在場景部署方面，基本與現有4G網絡相同。在應用中也主要圍繞室內和室外模塊開展。5G將以統一的空口技術框架，沿著低頻和高頻的新空口及4G演進，依托其多樣化的技術形式而應用于不同的場景。根據以往業務發生的流量計特點，室內場所的流量應用是其最集中的部分，占到MBB業務的近八成[2]。在部署網絡時需要考慮到嚴苛的室內覆蓋和容量問題。例如，針對一些小型的熱點區域，可以通過在室外設置微基站，以其作為主要信號源來覆蓋5G網絡至室內。至于大型室內建筑，運營商則可以采用DAS系統對建筑物進行室內場景的覆蓋。當然，DAS目前并不完全支持5G主流頻段。當DAS受限時，則可以采用HetNet網絡來解決DAS管控難、定位難的問題。針對室外的場景部署，需要更多地考慮到網絡的覆蓋問題及數據傳輸問題，因為這些室外場景區域往往集中在密集的居民小區、建筑高且密集的樓宇、人口流動量大的商業場所等。所以對于這些室外場景的部署，可通過分布式基站、MIMO天線技術等多樣性的方式來實現。當然，在對于MIMO天線技術、Small Cell的應用中，可以考慮利用蜂窩系統作為實現一定網絡部署的輔助技術。此類覆蓋方案可有效保證室外網絡的覆蓋率及實現5G數據傳輸速度的最大化[3]。

（2）接入網

從目前接入網應用形式來看，主要包括三種形式：其一，對現有的接入技術做多網多制式融合；其二，構建網絡基站，并以此分配虛擬資源；其三，關于信息邊緣的緩存與傳遞。在接入網的多種技術融合上，無論是對于傳統的2G、3G，抑或是如今的4G、Wi-Fi技術等不同的接入方式，都可以考慮引進單一的無線控制器以實現5G網絡的接入。在針對移動網絡的信息邊緣緩存及傳遞上，接入網的設置可以說是帶來了極大的柔性操作。無線接入網絡能力當被開放給第三方業務服務商，可以使得服務的提供適配網絡能力增強和網絡條件優化，提升用戶的實際體驗。利用接入網進行數據的傳輸可以有效優化數據傳輸的路徑，實現數據平面的良性發展[4]。

（3）核心網

5G網絡作為未來移動網絡發展的通信主體角色，將會擁有更高效的數據傳輸速度及強大的數據處理能力，因而針對其核心網的設計及應用將是其發展的重中之重。在未來的5G移動發展規劃中，其核心網相對于以往將會有更強大、更豐富的通信能力。5G核心網將會以新姿態向分離式架構演進。一是網絡功能的分離，吸收了NFV云原生的設計思想，以別具一格的軟件化、模塊化的方式來構建網絡；二是控制面和用戶面的分離，使得用戶擺脫以其為中心的約束，更加靈活地部署于接入網與核心網。但是新核心網的核心功能仍然存在，只是朝著更靈活、易開放、易擴展的方向發展。

2 5G移動通信的關鍵技術

（1）關鍵技術一——大規模多輸入多輸出技術

大規模多輸入多輸出技術（MIMO技術）是5G網絡數據高效傳輸的核心所在[5]。在這種技術下，信號可通過信號發射站的多個無線通信系統進行獨立發送，同時，發射基站又可以接收到多個無線信號，通過對接收信號的整合加工，實現對原數據信息的復原。在以往的移動數據通信中，鑒于數據傳輸的方式是通過基站與手機進行單天線傳播，這種信號的傳播效率較低，速度較慢。而通過大規模多輸入多輸出技術，利用大規模的天線陣列，能夠形成良好的用戶波束，通過波束的調節匹配到信號傳輸的最佳相位，這樣往往能夠達到最佳的接受效果，從而實現信號接收強度的跨越性提高。

（2）關鍵技術二——D2D技術的應用

D2D技術，也就是“蜂窩通信”，是5G通信技術發展下的必不可少的關鍵技術。伴隨著5G網絡的不斷發展及應用，原有的無線通信性能也需要相應地進行提升。蜂窩技術就是從提升用戶的滿意度及舒適度的主方向來考慮，因此該項技術也被廣泛地應用。它不僅為網絡和終端用戶實現了負載的分流，并且降低了功耗，提升了潛在通信的可用性和可靠性。目前，D2D技術在我國已有多年的應用基礎，技術層面相對來說已經十分成熟。D2D技術以其穩定性已成為5G發展的關鍵技術之一，因此其具備應用在大量新場景的能力。筆者認為，在其強大的應用前景下，D2D技術將會在未來的互聯網、通信技術等領域發揮至關重要的紐帶作用。

（3）關鍵技術三——超密集網絡技術

結合時代發展趨勢，互聯網與物聯網的有機結合將是其中發展的一大趨勢。因此，未來的移動通信應用也將呈現出多元化、智能化的傾向。我們應該認識到，隨著未來社會對于龐大數據傳輸的要求越來越高、隨著電子設備及數據終端設備的普及，數據流量的使用以及大數據的應用將會成千倍的遞增。因此，未來發展超密集網絡技術是應對數據直線上升的有效措施，其更將成為局部網絡壓力的中流砥柱。在超密集網絡技術應用之后，可以協同部署方式來實現對所覆蓋環境的整體優化，減少其受到外界其他因素的干擾，達到復用網絡頻率的自適應的作用。此外，通過該技術的應用，將會導致小小區更為“毛刺化”的行為模式，使得潛在的自回傳基站總量得到一定程度的增加。

（4）關鍵技術四——同時同頻全雙工技術

同時同頻全雙工技術是一項可以同時發射與接收無線信號從而提高頻譜效率的技術，這將會使無線通信鏈路的頻譜效率提升一倍[6]。不過就目前來說，同時同頻全雙工技術的實施尚存在一定的困難。需著重克服一系列的關鍵性問題，如克服異頻干擾及數字干擾、提高數據系統的整體吞吐量等。

3 結語

5G移動通信試圖連接物聯網中的海量設備，必然要先解決其網絡架構及關鍵技術問題。通過技術研發人員及移動設計專家的不斷努力，第五代移動通信技術將以前所未有的方式改善人們的生活，也必將為經濟領域帶來傳導效益。