5G移動通信網絡關鍵技術研究

馮毅

摘 要：文章指出5G移動通信技術建立在4G的基礎上，不僅保留了4G通信技術原有的優勢，還產生出多種新型技術。5G移動通信息網絡突破了多項關鍵技術，體現出系統性、綜合性、應用性的特點，在通信網絡中發揮著決定作用，推動了多個行業的發展。

關鍵詞：5G通信;通信網絡;關鍵技術

0 引言

隨著社會的發展，通信網絡與社會發展的聯系更加緊密，移動通信網的發展也催生出各種新型的行業。當前通信網絡的發展方向是低時延、高可靠、大規模，可以滿足垂直行業客戶的新型需求，提供定制化的業務[1]。當前已趨于成熟的5G移動通信技術可以創造出新型的商業模式，將全面推動通信網絡的數字化、網絡化和智能化升級，可以為戰略新興產業的發展與經濟增長提供新的動力。

1 5G移動通信網絡的特點

5G移動通信網絡選擇了更加科學的無線網絡演進策略，技術方案綜合考慮了用戶需求、后續技術升級、網絡平滑過渡等。無線網絡演進需綜合考慮到了覆蓋能力、綜合造價、規避頻段組合干擾以及產業鏈發展的需要。5G移動通信網絡優先采用了獨立組網，采用了64端口、192振子網以實現大規模天線覆蓋。網絡設計也考慮到了4G與5G基站耦合的需要，對非獨立組網終端側LTE頻段與NR頻段存在的干擾問題，選擇了獨立組網架構。

5G空口技術框架結合場景、性能、頻段、設備功能、造價等，依據需要實現技術的最優組合，參數的優化配置，保證空口技術方案的適用性，業務可以定制化，可以靈活應對5G技術下的新場景與新業務對通信網絡的需求，兼容問題得以有效滿足解決[2]。

5G網絡架構包括了多項關鍵技術，如接入云、控制云、轉發云。借助接入云，可以保證多種無線制式的高效接入，可以對無線接入點實施系統化的控制，有有效適應多種回傳鏈路，保證了無線資源利用率，無線資源管理更加高效;控制云實現了會話控制的高效，可屏蔽網絡存在的開放接口，有利于保證業務的部署效果;借助轉發云，能對網絡資源加以集中控制，數據轉發更具有靈活性，海量數據傳輸可以保證高效與可靠。

2 5G移動通信網絡借助的關鍵技術

2.1 借助覆蓋增強技術

針對網絡應用，覆蓋增強技術針對密集條件下異構組網以及云后臺。有統計表明，通信技術在第1代到第4代的發展中，通過密集異構組網可以降低小區半徑，這種方式有利于保證頻譜效率增益效果。這也表明縮小小區半徑來提升頻譜資源的空間復用是未來通信發展的趨勢，也是保證業務功能得以實現的關鍵技術之一。傳統的通信技術采用降低小區半徑來實現分裂，小區覆蓋范圍如果減小，難以得到最有效的站點位置，難以進行后續的分裂。5G技術針對異構網絡中，借助宏站與低功率基站實現覆蓋，異構網絡可以兼容CDMA，LTE 等，站點密度的增加使得節點間距離減少，不同網絡節點距離可以更近，保證了網絡通信 中的頻譜效率與容量。5G技術依托中心式云后臺。這一技術使得云服務運營方式更加靈活、安全、可靠。中心式云后臺的應用采用了標準化的方式，可以保證增值服務的高效，對于用戶終端來說，能獲得更多的應用領域，5G網絡的利用率得以提升。針對網絡安全，5G技術借助了量子密碼學來完成云控制計算。采用中心式云后臺還以提升資源的利用率，降低物理層面存儲支出，縮減存儲器代理費用。覆蓋增強技術的最大優勢體現在，廣域覆蓋通信場景的應用將業務的連續性、安全性作為目標，可以實現100 Mbit/s以上無縫接入。

2.2 借助頻效提升技術

2.2.1 天線技術

在MIMO條件下，信號接收端與發送端通過大范圍的天線部署來實現接收和發送，天線數量會增加到幾百根，由于天線的增加，而頻譜資源不增加，這導致總功率耗損增加，因此需要增加信道容量，以提升吞吐量與可靠傳送距離，保證通信可靠。5G時代的移動通信應用了大規模的MIMO，線性預編碼的應用與信號檢測技術的實現，能降低傳輸噪聲與信號快速衰落存在的影響，保證小區內不受到干擾。MIMO技術應用于節點擴展與傳輸部署具有優勢，因此推動了5G 網絡的發展。

由于節點擴展技術得以應用，可以發揮4G通信網絡的作用，借助定向天線來消除限制因素的影響。在信號傳播中，角度會不定向加以擴散，擴展等級受到影響。由于應用了大規模 MIMO，基站天線原有的陣列不會受到空間與時域改變的影響，特別是上行導頻為時分雙工估計信度，5G傳輸得以保證。采用了新型的部署和框架，利用低增益諧振天線陣列取代原有的基站，部署天線陣列更具有靈活性。

2.2.2? 傳輸波形技術

高速無線通信中的傳輸模式WiFi與LTE采用了OFDM，區別于原有的 FDM 模式，提升了頻譜利用率，抗頻率可利用FFT/IFFT模塊，易于操作。OFDM作為5G傳輸的核心波形技術，性能參數可以保證。

5G結合不同場景的特點采用了相應的傳輸技術來滿足信號差異化的需求，濾波器組通過多載波能有效提升物理頻譜利用效果，可以在不同頻譜條件下實現共享。傳統模式下，采用OFDM難以實現同步載波，會存在干擾，濾波器組借助多載波能實現時間同步，消除載波間存在的干擾，信道的性能得以提升。

2.2.3? 非正交多址接入技術

頻譜效率與鏈接用戶是保證通信的關鍵，5G網絡的等級得以提升，網絡架構具有了高速超寬帶、低時延的特點。由于非正交多址接入技術的應用，增加了功率域，這導致了用戶路徑損耗能復用。功率域從單用戶發展到現有的多用戶共享，保證無線接入效果。借助功率域復用可以實現不同用戶的共享，為了弱化持續干擾的不利影響，在信號接收端可以加SIC，通過干擾器與信道編碼能識別出用戶信息。針對不同信號的發射，借助NOMA疊加能不同路徑的損耗加以控制，信號增益得以實現。扇區內的通信設備能高效接入帶寬，有利于緩解規模化網絡的不利影響。

2.2.4? 調制編碼

4G 通信網絡調制編碼采用了 MIMO OFDM 技術，為了實現更高層次、更大范圍的吞吐，高頻譜利用率得以提升，可以在高速度條件下完成傳輸，特別是5G調制編碼保證了頻譜利用率。二維映射由于擴展到三維映射，導致天線物理定位能攜帶多種發送信息，頻譜效率擴大;天線可以保持每時隙狀態，避免信道發生相互干擾，解決了同步發射問題。射頻鏈的應用降低了成本。5G針對頻譜的利用率借助了頻移鍵控（FSK）與正交幅度調制（QAM），實現通話質量有效優化。

頻效提升技術有效減少了干擾和導頻污染，充分利用多窄波束提高單小區容量，數據傳輸速率可以滿足網絡極高的流量密度，在深度覆蓋場景中借助精確波束賦形實現了深度覆蓋，減少信號之間的相互干擾，提升了業務質量。

2.3? 頻譜擴展技術

2.3.1? 認知無線電技術

隨著移動通信技術的發展，頻譜利用率可以發揮認知無線電技術的優勢。由于具有了認知功能，無線通信可借助空閑頻譜資源的開發來提升無線通信服務效率，發揮“頻譜空穴”的作用，保證功率、頻率、調制動態參數的利用效果。5G采用認知無線電技術體現出多方面的優勢：可以感知到特定頻段，可以檢測到頻譜資源;能分析出信道狀態值;確定信道容量飽和度;對功率加以控制，對頻譜加以高效管理。

2.3.2? 毫米波通信技術

從當前通信網絡的發展來看，微波頻段資源趨于枯竭，5G技術實現了高頻段帶寬的應用。通信網絡采用了毫米波，除有效緩解了現有的頻譜資源緊張外還能提升通信容量[3]。5G通信網絡采用了超密集異構，從毫米波的特點可以看出，波束集中的應用保證了能效;信號傳輸的方向性與抗干擾效果好;波束窄不易受到外部的干擾，能保證通信的安全靠，降低鄰間存在的干擾。毫米波在短距離通信傳輸中的應用體現出優勢，可建立Backhaul 鏈路;毫米波條件下的通信傳輸速率達到了10 Gbit/s;毫米波通信成為未來通信技術創新的發展方向。

2.3.3? 可見光通信技術

當前通信網絡用戶規模不斷擴大，并且還要保證傳輸視頻以及多媒體的需要，這導致頻譜資源趨于緊張，針對頻譜拓寬，可以借助可見光通信。可見光通信具有多方面的優勢，如廣泛性、高速率性，還體現出寬頻譜、高保密性的特點，具有實用性、造價低等特點，可以應用于物聯網。在5G的發展中，可見光通應用于短距離通信具有優勢，可見光譜帶寬是傳統無線光譜的數十倍，能提升通信傳輸速率，信號源更加簡單，可靠性更強，可用于高寬帶通信。

2.4? 能效提升技術

通信經過多級傳輸后，發射塔最后的發射能量發生衰減，僅為原有的2%，所以提高能效體現出多方面的應用價值。多域協同管理能提高能效。多域協同管理保證了無線資源的利用率，話音、數據、多媒體、用戶域可以實現協同利用，借助碼域、空域、頻域、時域、能量域，資源實現了高效管理，解決了能效管理中的多約束、多時變、多維度問題，發揮了協同作用，多用戶共享資源問題得以解決，系統的容量擴大了[4]。多域協同針對網絡資源與用戶進行自適應調控，對于業務處理保證了時間與空間的自適應。多協同保證跨層資源的利用率;實現了跨網資源的優化配置。能效提升技術對設備的鏈接提出了更高的要求，在保證鏈接效果的基礎上，數據傳輸具有了更低的成本。

3 結語

5G移動通信網絡應用了更多的關鍵技術，這些技術的應用解決了傳輸速率、容量、延時問題。這些技術的應用對于保證5G移動通信的應用起到了推動作用。明確5G網絡架構應用到的關鍵技術，有利于深入了解5G通信網絡，明確通信技術的發展方向。

[參考文獻]

[1]魏克軍.我國深入研究5G概念和技術路線努力推動全球形成共識[J].世界電信，2015（12）：35-40.

[2]陳騫.全球5G進展與趨勢[J].上海信息化，2017（5）：80-82.

[3]陳秀娟 .5G移動通信網絡關鍵技術分析與研究[J].中國新通信，2017（7）：4-5.

[4]方汝儀.5G移動通信網絡關鍵技術及分析[J].信息技術，2017（1）：142-145.

（編輯 傅金睿）