5G移動網(wǎng)絡綠色通信關(guān)鍵技術(shù)及應用研究

方 芳，阮章靜，任文璋，吳泰然，趙貝貝

（中國移動通信集團設(shè)計院有限公司，北京 100080）

0 引 言

在新時期的背景下，信息化的發(fā)展能夠為人們的生活帶來更大的便利。數(shù)據(jù)量龐大是大數(shù)據(jù)時代的主要表現(xiàn)之一，如何在提升大數(shù)據(jù)應用質(zhì)量的同時進行綠色通信系統(tǒng)的構(gòu)建成為研究中的重點內(nèi)容。為了滿足社會科學長遠發(fā)展的需求，需要探究綠色通信策略，降低資源浪費。

1 5G移動網(wǎng)絡綠色通信關(guān)鍵技術(shù)研究重要性

5G技術(shù)是現(xiàn)階段國際范圍內(nèi)研究的最為重要的技術(shù)之一，人們對于其的要求也發(fā)生較大的變化，要求5G技術(shù)的傳遞速度需要到達4G技術(shù)的10倍左右，為用戶提供更為優(yōu)質(zhì)的服務。而5G技術(shù)的發(fā)展也更加符合現(xiàn)階段社會發(fā)展的實際需求，能夠更好的配合物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展需求，高效的進行數(shù)據(jù)的傳遞，減少用戶出現(xiàn)卡頓、延遲等情況，解決現(xiàn)階段民眾在網(wǎng)絡使用過程中遭遇的問題。除此之外，5G技術(shù)的繼續(xù)發(fā)展，也能夠為后續(xù)5G自動駕駛汽車等領(lǐng)域的發(fā)展奠定基礎(chǔ)，促進我國朝著更加現(xiàn)代化的方向發(fā)展。5G技術(shù)在提供人們生活便利的同時，也需要關(guān)注5G技術(shù)所造成的能源消耗問題。

新時期發(fā)展背景下，5G移動網(wǎng)絡通信受到人們的廣泛關(guān)注。通信行業(yè)每年的電力消耗在300億kW·h左右，且呈現(xiàn)出逐年上升的趨勢，在這個過程中所造成的資源浪費情況與環(huán)境污染情況較為嚴重[1]。因此，新時期背景下，移動通信企業(yè)需要了解可持續(xù)發(fā)展的實際意義，以節(jié)能減排作為發(fā)展中的重點工程，為移動通信的長遠發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

2 5G移動網(wǎng)絡綠色通信發(fā)展現(xiàn)狀研究

5G的發(fā)展依托于基站的建設(shè)，而基站數(shù)量增多則意味著對于電力的需求在不斷提升。根據(jù)現(xiàn)階段中國鐵塔所統(tǒng)計的數(shù)據(jù)，5G在實際應用中選擇的頻率更高，需要的基站數(shù)量是傳統(tǒng)4G的2～3倍，而其需要耗費的成本則是原有4G基站耗電量的6～12倍[2]。種情況的產(chǎn)生也直接造成我國能源能消耗逐漸的上升，簡介造成我國二氧化碳總排放量的提升，不利與我國的長遠發(fā)展。5G在實際發(fā)展中需要耗費的電量遠高于4G，而電量消耗的增大則在一定程度上以為的能源的大量消耗，間接對環(huán)境等方面產(chǎn)生影響，故而，針對其進行節(jié)能研究也成為現(xiàn)階段研究的重點內(nèi)容。

而從其節(jié)能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀來看，5G通信技術(shù)在實際發(fā)展的過程中所采取的主要技術(shù)為新波形技術(shù)、大規(guī)模MIMO技術(shù)等，這些技術(shù)的使用能夠在較大程度上提升網(wǎng)絡的整體應用效果，但是也在一定程度上造成5G網(wǎng)絡消耗較大的問題。例如，5G技術(shù)在實際應用中需要使用RNA無線接入，這種接入方式消耗的功率占基站整體功率的40%～70%[3,4]。而從5G通信技術(shù)節(jié)能研究實際情況來看，在新時期的背景之下，我國更加傾向于利用增加寬帶，進行5G技術(shù)研究突破，進行內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡設(shè)計等策略，提升網(wǎng)絡的應用質(zhì)量，減少設(shè)備的數(shù)量，進而實現(xiàn)節(jié)能的目的。

3 關(guān)鍵技術(shù)的應用研究

5G移動網(wǎng)絡綠色通信發(fā)展中需要注重技術(shù)方面的創(chuàng)新與發(fā)展，為通信行業(yè)綠色發(fā)展奠定更為堅實的基礎(chǔ)，提升通信行業(yè)整體質(zhì)量與效率。

3.1 自組織網(wǎng)絡技術(shù)

從網(wǎng)絡自身發(fā)展實際情況出發(fā)，相關(guān)單位在發(fā)展中需要處理的數(shù)據(jù)量也變得極為龐大，需要耗費大量的時間、財力以及人力才能夠保證網(wǎng)絡系統(tǒng)的正常運行[5]。在實際發(fā)展中建設(shè)相應的自組織網(wǎng)絡，利用智能化的技術(shù)對互聯(lián)網(wǎng)運行過程中的各項工作進行監(jiān)督與管理，在發(fā)現(xiàn)問題時能夠及時解決，進而讓系統(tǒng)的運行更加穩(wěn)定。與此同時自組織網(wǎng)絡的建設(shè)也能夠極大程度上降低5G通信技術(shù)的發(fā)展成本，減少其發(fā)展所造成的浪費或污染問題[6]。而自組織網(wǎng)絡技術(shù)在實際應用中最為關(guān)鍵的技術(shù)為自配置技術(shù)以及自由化技術(shù)。自配置技術(shù)要求網(wǎng)絡在實際應用中能夠具有一定的自主性，比如說，要求網(wǎng)絡在實際應用中能夠具有自動下載，傳輸與自建立，自動資產(chǎn)信息，自動鄰區(qū)配置，PCI自動分配等方面的技術(shù)，這些技術(shù)的使用能夠在較大程度上提升網(wǎng)絡使用的穩(wěn)定性。而自優(yōu)化技術(shù)則要求系統(tǒng)在實際應用過程中能夠?qū)崟r的針對周邊的網(wǎng)絡性能進行數(shù)據(jù)的收集，并進行數(shù)據(jù)的收集，按照實際情況進行干擾控制、切換優(yōu)化、接入優(yōu)化等方面的工作，為通信技術(shù)的高效使用奠定技術(shù)。

3.2 超密集異構(gòu)網(wǎng)絡技術(shù)

從社會發(fā)展實際情況來看，城市在實際發(fā)展中人口密集、技術(shù)密集，人們對于5G通信技術(shù)的需求更高。通過建設(shè)網(wǎng)絡站點的優(yōu)化，使得網(wǎng)絡能夠滿足大量用戶的實際需求[7]。面對這種情況，主要是將超密集網(wǎng)絡與Small Cell聯(lián)合在一起進行異構(gòu)網(wǎng)絡的構(gòu)建。而從圖1所展示的內(nèi)容來看，超密集異構(gòu)網(wǎng)絡在實際發(fā)展中是以核心網(wǎng)絡作為中心，核心網(wǎng)絡連接不同的基站。在各地基站的基礎(chǔ)上，還存在大量的小基站。小基站則是與民眾所使用的WiFi等聯(lián)系在一起，實現(xiàn)人們對于網(wǎng)絡的實際需求。超密集異構(gòu)網(wǎng)絡的發(fā)展目標是能夠在更少設(shè)備的基礎(chǔ)上讓更多的民眾能夠使用網(wǎng)絡，同時保證網(wǎng)絡運行穩(wěn)定性，實現(xiàn)網(wǎng)絡效率的最大化。

圖1 超密集異構(gòu)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

3.3 編碼技術(shù)

從現(xiàn)階段我國5G通信技術(shù)研究實際情況來看，傳統(tǒng)LTE-A系統(tǒng)中的Pico通信控制指令能夠?qū)崿F(xiàn)多接口控制面板之間的協(xié)議傳輸。而伴隨5G技術(shù)的進一步發(fā)展與完善，社會也在不斷發(fā)生變化，技術(shù)在創(chuàng)新，理念在創(chuàng)新，5G技術(shù)所面臨的環(huán)境更加復雜多變。在這種情況下，要求編碼技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)進一步的優(yōu)化與改進。現(xiàn)階段，我國5G通信技術(shù)在實際發(fā)展過程中信源編碼最為主要的目的是將原本的模擬的信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號進行傳輸，編碼是決定信息傳輸可靠性的最為主要的因素。在5G技術(shù)實際發(fā)展中，編碼技術(shù)應用最為主要的目的是更準確地進行信號傳遞，保證信息高效傳輸，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 5G通信技術(shù)信源編碼

3.4 內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡

在5G技術(shù)不斷發(fā)展的情況下，人們對于網(wǎng)絡的需求量以及對于網(wǎng)絡的質(zhì)量要求在不斷提升，網(wǎng)絡流量的使用呈現(xiàn)出一種爆炸式的增長趨勢[8]。面對這種情況，要求對內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡進行更為深入的研究，對傳統(tǒng)的網(wǎng)絡進行優(yōu)化與改進，建設(shè)智能虛擬網(wǎng)絡。在網(wǎng)絡使用環(huán)境發(fā)生變化時，代理服務器能夠按照實際情況就近進行寬帶的連接，提升網(wǎng)絡整體質(zhì)量，為用戶帶來更好的應用體驗[9]。從內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡構(gòu)建實際情況出發(fā)，其技術(shù)在實際應用中的關(guān)鍵技術(shù)在與四個方面。第一，內(nèi)容路由技術(shù)。主要是由CDN負載均衡系統(tǒng)實現(xiàn)。第二，內(nèi)容分發(fā)技術(shù)。朱啊喲是由PUSH技術(shù)以及PULL技術(shù)實現(xiàn)。第三，內(nèi)容存儲技術(shù)。分為兩個組成部分，第1部分為內(nèi)容源的儲存，主要采取NAS或者是SON儲存架構(gòu)。一個是內(nèi)容在cache節(jié)點的儲存,對于儲存量、多文件吞吐率以及系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性與可靠性有著較高的要求。第四，內(nèi)容管理技術(shù)。簡單的來說就是涵蓋了從內(nèi)容出發(fā)的發(fā)布，注入，分發(fā)，調(diào)整傳遞等一系列的過程，而管理的內(nèi)容主要指的是進入Cache點后的內(nèi)容管理，也被稱為本地管理。

3.5 技術(shù)研究展望

綜上所述，針對相關(guān)技術(shù)進行優(yōu)化與改進能夠使5G網(wǎng)絡滿足現(xiàn)階段社會發(fā)展的實際需求。在后續(xù)的研究中，需要將研究的重點放在提升5G網(wǎng)絡應用效率和降低網(wǎng)絡消耗成本兩個方面。貫徹綠色發(fā)展的理念，不斷進行技術(shù)方面的創(chuàng)新與優(yōu)化，利用技術(shù)的優(yōu)勢最大程度上減少系統(tǒng)運行過程中所產(chǎn)生的能源消耗，提升其應用價值[10]。除此之外，也需要將大數(shù)據(jù)的優(yōu)勢應用于5G技術(shù)的發(fā)展之中，通過大數(shù)據(jù)分析更為清晰地展示我國不同地域?qū)τ诰W(wǎng)絡發(fā)展的實際需求，進而制定更合理的基站建設(shè)策略，減少不必要的資源流失，合理進行資源分配，提升資源的使用效率與質(zhì)量。此外，還需要重視5G技術(shù)人員的培養(yǎng)工作，利用激勵制度等多項制度鼓勵技術(shù)人員更多地參與到研究工作之中。

4 結(jié) 論

總而言之，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是我國現(xiàn)階段發(fā)展重要的基礎(chǔ)，影響整體發(fā)展質(zhì)量。互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展能夠帶動其他技術(shù)的發(fā)展，提升行業(yè)活力與創(chuàng)新力。5G通信技術(shù)則是互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基礎(chǔ)，本研究從5G通信技術(shù)發(fā)展入手，分析現(xiàn)階段5G在發(fā)展中面臨的能源消耗巨大的問題。從技術(shù)改進角度出發(fā)，利用多種技術(shù)對5G技術(shù)進行統(tǒng)一的優(yōu)化與調(diào)整，使得5G技術(shù)的發(fā)展更加符合現(xiàn)階段社會發(fā)展需求，在節(jié)能環(huán)保的基礎(chǔ)上提升其發(fā)展的整體質(zhì)量。