5G 網絡技術對提升4G 網絡性能的研究

劉奕 湖南科技職業學院 人工智能學院

引言

5G 即第五代移動通信技術，是新一代蜂窩移動通信技術，也是即2G、3G 和4G 以后的延長。5G 的性能目標是高數據速率（峰值數率20Gbit/s）、減少延遲（時延達1ms）、節省能源（網絡能力的效率為4G 的100 倍）、提高系統容量（頻譜效率是4G 的3 倍）和大規模設備連接（連接密度100000 終端/平方千米）。5G 的主要應用場景為增強移動寬帶（eMBB）、高可靠低時延連接（uRLLC）和海量物聯（mMTC）。eMBB 是以人為中心的應用場景，集中表現為超高的傳輸數據速率，廣覆蓋下的移動性保證；uRLLC 場景下連接時延要達到1ms 級別，且要支持高速移動（500KM/H）下的高可靠（99.99%）連接；mMTC 可以快速促進各垂直行業的深度融合。

1 4G 網絡現處理辦法

隨著終端的增多，業務的推新，4G 流量呈爆發式增長，容量壓力成為亟需解決的關鍵問題，各運營商應根據不同區域進行容量保障和補充覆蓋。

網絡容量保障做到及時擴容、精準擴容、拆閑補忙、負載均衡、因地制宜、合理布局；網絡保障連續覆蓋，通過頻率專用、宏微結合加強深度覆蓋。根據小區信道利用率、有效RRC 連接數及小區流量的實際情況進行分析，采取載頻擴容或網絡優化等措施對網絡進行擴容。具體F 頻段基站擴容，包括同頻段F 頻段擴容10MHz、同頻段F 頻段六扇區分裂、新建D頻段基站、新建FDD四種方式；D頻段基站擴容，包括同頻段F 頻段擴容10MHz、同頻段F 頻段六扇區分裂、新建D頻段基站、新建FDD 四種方式。E 頻段基站擴容，包括小區分裂、新增第二載波兩種方式。在5G 未普及之前，將5G 技術應用于4G網絡中，實質是在保持兼容的基礎上引入新技術，成為提升4G 網絡性能的有效手段。

2 4G 網絡可應用的5G 關鍵技術

2.1 Msssive MIMO 技術

Msssive MIMO 技術即大規模天線技術。從天線數來理解傳統4G 網絡天線基本是2、4 或8 天線，而Msssive MIMO 的通道數達到64/ 128/256 個；從信號覆蓋維度來理解傳統的MINO 為2D-MIMO，以8 天線為例，實際信號在做覆蓋時，只能在水平方向上移動，而Msssive MIMO 是信號水平維度空間基礎上引入垂直維度的空域進行利用，信號的輻射狀是個電磁波束，因此也稱之為3D MIMO。該技術可以豐富空間自由度并支持空分多址（SDMA），可提供更多可達路徑從而提升了信號的可靠性，同時也提升了小區的峰值吞吐率、平均吞吐率及小區邊緣用戶平均吞吐率，降低了對周邊基站的干擾。現在4G 網絡所面臨的需求巨大、網絡熱點更熱、用戶體驗訴求強烈、特殊場景深度覆蓋困難等問題，3D MIMO 通過顯著增加收發天線(通道)，獲得更高的分集、陣列、空間復用、干擾抑制增益，從而顯著地提升系統性能。

2.2 極簡載波技術

極簡載波是5G 重要的關鍵技術之一，它能有效降低5G 技術應用的復雜性。極簡載波應用于4G 網絡一是兼容性強，可有效提升網絡吞吐率，二是降低了小區間信號干擾，提升用戶數據速率，三是通過消除不必要的信令和功率，節省能源消耗和降低成本實現綠色環保。該技術的應用現已取得了一些成果，愛立信創新將該技術應用于4G網絡中，實現了智能手機速率提升50%。

2.3 超密集組網

超密集組網是指在宏基站的覆蓋區域內，利用小功率基站精細控制覆蓋距離，大幅增加站點數量。關鍵技術包括多連接技術和無線回傳技術，通過宏基站+微基站、微基站+微基站兩種模式實現干擾于資源的調度。在4G 網絡適用于終端密集區域，比如商場、學校、辦公樓、地鐵等場景，可以有效提升系統容量、頻譜效率和能源利用率。對于系統干擾、移動信令負荷加劇、系統成本與功耗等問題則需要根據實際場景進行研究解決。

2.4 MEC 技術

MEC（Mobile Edge Computing）技術即移動邊緣計算基本思想是把云計算平臺從移動核心網絡內部遷移到移動接入網邊緣，實現計算及存儲資源的彈性利用。可以提供更低的時延，提供位置感知、獲取網絡內容信息。該技術將虛擬化的平臺引入移動網絡中，能有效實現業務錨點下沉，縮短業務響應時間，很好地解決目前4G 移動網絡中業務發展存在的諸多問題，還能提供將傳統移動網絡的通信能力開放，為開展網絡能力相關的創新業務應用奠定良好的基礎。

3 總結

總的來說，從4G 到5G，看似只多了一個G，但實際上它并不是一個單一的無線接入技術，而是一個真正意義上的融合網絡。5G 網絡新技術的應用研究在不斷的發展，現網仍然存在多種制式移動網絡，將5G 技術應用于4G網絡，能有效提升網絡的用戶感知和網絡的性能。