5G移動通信的網絡構架與關鍵技術探思

段鵬飛

（江西省郵電規劃設計院有限公司，江西 南昌 330002）

0 引 言

隨著我國進入高質量發展階段，我國開始部署5G技術的研發和應用。2019年6月，工信部向中國移動、中國聯通、中國電信和中國廣電發放5G商用牌照，標志著中國5G商用時代正式來臨。分析5G技術的網絡構架及輔助支持技術，探討5G技術與各高新技術有機融合的可能性，有助于搭建真正萬物互聯的網絡結構，從而為人們提供更加優質的服務[1-2]。

1 5G概述

5G是未來移動通信的發展方向，具有低消耗、低成本、高安全性以及高傳輸速率等優良特質。因此，5G移動通信網絡在現實生活中的應用可有效打破時間和空間限制，實現真正意義上的萬物互聯。5G移動通信技術的發展，進一步拓寬了其應用場景，可支持遠程超高清視頻與虛擬AI技術的完美融合。此外，5G通信技術將進一步提升用戶體驗，智能家居和無人駕駛等將成為可能。未來，人們的衣食住行、娛樂休閑以及醫療服務等都離不開5G移動通信技術的支持。因此，深入挖掘5G移動通信網絡構架及其關鍵技術具有重要的現實意義。

2 5G移動通信網絡構架的相關概述

5G網絡是在4G網絡的基礎上，經優化改良后形成的網絡構架。在5G移動通信網絡構架的研究上，學者對5G網絡進一步發展將有助于互聯網與物聯網的有機融合的觀點初步達成共識。5G移動通信技術不僅能在移動互聯網領域掀起一場變革，也將為物聯網的發展提供強有力的技術支持，使其獲得更大的流量密度。當下，5G移動通信網絡基礎框架初步形成，未來將主要圍繞網絡部署場景、核心網和接入網3大模塊尋求發展方向[3]。

2.1 網絡部署場景

5G網絡在部署場景方面與4G網絡差別不大。在進行場景部署時，它可分為室內和室外兩個部分。室外場景區域多集中在人口密度大的場所，如住宅區、商務樓宇、百貨商場等。這些地方相對人口密度小的區域，更容易發生網絡覆蓋面不全、數據傳輸中斷等情況，而5G技術的高傳播速率特點可以有效解決這些問題。因此，針對室外的5G網絡場景部署，主要通過分布式天線和大規模MIMO來配備5G基站和微基站，并在這些室外場景區域分散放置天線元件。元件通過光纖與基站連接，從而實現室外場景的5G網絡全覆蓋。位于室內的用戶，只需要與安裝在室外建筑的大型天線陣列的室內AP進行通信，便可以通過適用于短距離通信的5G技術實現高速率傳輸。此外，蜂窩系統作為輔助技術，可提升5G網絡的室外覆蓋率，使得更多應用場景能夠接收到5G網絡信號。

2.2 核心網

核心網的設計和應用是整個5G移動通信網絡構架的關鍵環節。成熟的核心網設計將使5G網絡的數據處理能力和數據傳輸速度得到明顯提升。核心網由SDN和網絡功能虛擬化技術驅動，具有控制和轉發分離、物理硬件與邏輯分離、支持動態數據傳輸和數據平面扁平化4大特點。以物理硬件與邏輯分離為例，利用IT虛擬化技術將核心網設備遷移到高性能服務器，同時將核心網的網元功能從專用硬件移植到通用虛擬機平臺，從而實現物理硬件與邏輯分離。不僅簡化了硬件平臺設計，更是通過組網的靈活性降低了組網成本[4-5]。

2.3 接入網

現階段，5G移動通信的接入網大致分為3大類：一是以現有的接入技術為基礎，做多網多制式融合；二是設置網絡基站，合理分配虛擬資源；三是對信息邊緣的緩存與傳遞。接入網技術有機融合時，可將單一的無線控制器接入5G網絡，在一定程度上拓寬邊緣信息緩存與傳遞的操作空間。5G移動通信的無線接入方式可應用到第三方業務活動中，服務商根據用戶的需求為其配備最合適的網絡服務項目，保障用戶得到最優的服務體驗。通過接入網傳輸數據，有助于優化數據傳輸途徑，大幅度提升5G移動通信數據的傳輸速度。

3 5G移動的關鍵性技術

3.1 大規模MIMO

MIMO（Multiple Input Multiple Output）系統通過將多個天線同時置于接收端和發送端形成MIMO通信鏈，可容納更多信息數據，從而在不增加帶寬或不增加額外損耗的前提下，大幅提升系統的信息數據吞吐量和傳輸距離。與4G技術相比，大規模MIMO技術的優勢在于基站的天線數量沒有限制，是一項可擴展技術。4G的定向天線空間有限，天線和設備數量必須匹配，一定程度上限制了網絡覆蓋面，信號傳輸也容易發生不穩定的情況。從這個角度看，5G技術必將大幅度提升信息傳輸效率，有效擴大網絡覆蓋面。

3.2 超密集網絡技術

超密集網絡技術是應對移動通信領域不斷發展而帶來的數據業務需求提升的有效解決方案。隨著互聯網和物聯網的進一步融合，未來5G的應用場景必然朝著智能化和多元化方向發展。在各種各樣的場景中，移動終端和各類電子設備逐漸普及，數據流量的使用會呈現百倍、千倍級別的遞增。這種技術可以通過協調統一不同的網絡部署方式減少外部環境因素的干擾，從而優化網絡覆蓋的信號區域，保證數據傳輸的穩定性[6-7]。

3.3 D2D通信技術

D2D通信是一種短距離通信技術，能夠實現數據在終端間的直接傳輸，保證數據傳輸的實時性和可靠性。由于蜂窩系統在近距離本地通信業務中存在網絡覆蓋面有限、信息數據容量小、功耗較大等問題，D2D通信技術可以對蜂窩系統通信起到較好的補充支持作用。從用戶角度來考慮，D2D通信技術的特性也有助于提升用戶使用的滿意度和舒適度。

3.4 毫米波

毫米波的主要作用是合理劃分波段，拓寬5G網絡的覆蓋面，對5G發展具有一定的推動作用。毫米波可以在不增加能耗的基礎上提供相同頻率的寬帶，減少各個基站之間的干擾，從而加快5G移動通信的速度。但需要注意，毫米波極易受到外界干擾，無法有效保障信息數據傳播過程中的準確度。

3.5 NOMA技術

隨著5G移動通信技術的發展，社會各界對智能化和場景多樣化的需求度越來越高，正交頻分多址技術已無法滿足實際需求。5G移動通信網絡中，將NOMA技術作為關鍵性技術，將使技術應用與多樣化場景實現更好的融合。

3.6 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，能夠提升無線通信鏈路的頻譜效率。例如，無線通信鏈路的頻譜效率相較之前將會提升1倍。但是，目前仍有類似異頻干擾、數據干擾、數據系統吞吐量小等問題需要克服，將這種技術完全投入應用尚有難度。

3.7 移動云計算

為有效拓寬5G移動通信網絡的應用場景，將5G技術與日常生活緊緊聯系起來，5G移動通信關鍵技術中引入了移動云計算技術，為終端客戶提供更為舒適的應用體驗。移動云計算技術可以幫助用戶存儲數據，使廣大用戶處于更加安全的移動通信環境中，是5G技術的又一創新點。移動云還可以支持多個設備同時對其進行訪問，但需要更多其他技術對其進行輔助支持。

3.8 綠色通信

要實現綠色通信，需要優化5G移動通信技術，提高傳輸效率，降低傳輸過程的能耗，優化網絡內部結構，以此達到節能的效果。因此，高效傳輸網絡信息和靈活分配網絡資源是綠色通信所要解決的關鍵問題。

3.9 超寬帶頻譜

頻譜對于移動通信來說有著十分重要的地位，技術人員通常間隔一定年限就會對頻譜進行升級優化。5G移動通信被應用的場景十分多，通過帶寬可進一步拓寬5G移動通信的應用場景，超寬帶頻譜技術應用在5G移動通信中可有效提升寬帶容量，使5G移動通信網絡免受外界干擾，有效縮短數據傳播距離等。

3.10 認知無線電技術

在數據傳播過程中傳輸數據的準確度愈發被人們重視，技術層面的正確選擇將有效提升數據傳輸中的精準性，確保數據得以完整正確的被傳輸，避免產生數據傳輸失誤的情況。5G移動通信網絡為滿足用戶的該類需求，將認知無線電技術有效應用其中，借助頻譜對所傳遞的信息數據進行檢測分析，極大提升了最終射頻判決的準確度，有效保障了信息數據傳輸的正確性。

4 未來5G移動通信關鍵性技術的發展趨勢

在未來信息時代的發展中，應該逐漸健全和改善5G移動通信網絡技術的容量，使通信技術呈現一定的有效性，滿足人們對網絡技術的高標準。正常情況下，在進行5G移動通信網絡技術研究時，要著重注意以下問題。

第一，提升網絡容量，有效構建“異構協同”的方式，將這種方法與現代化移動通信技術結合起來，整體拓展5G技術的功能應用。

第二，在進行多頻譜信息資源開發的過程中，應該有效利用其優點，研發可見光資源技術，助力5G移動通信網絡技術的高質量發展。

第三，結合MIMO技術和3D MIMO技術，綜合發揮二者優勢，進一步提升移動通信網絡技術的意義和價值。

5 結 論

研究分析5G移動通信的網絡架構，探討5G移動通信的關鍵技術，著重分析其優勢特點、存在的問題和未來的發展方向。技術人員應綜合分析5G移動通信的網絡架構和關鍵性技術，解決難點，推動我國5G移動通信技術的發展。5G移動通信技術研究取得的每一步進展，都將有助于提高我國在信息領域的國際地位，對帶動移動通信及相關產業高質量發展具有重要意義。