5G無線蜂窩通信的關鍵技術

許振領 時凱

（中國廣電山東網絡有限公司濰坊分公司 山東省濰坊市 261000）

1 引言

隨著人們生活的質量的提高，出現了對移動通信更高的需求，研究人員在4G 的基礎上開發5G。遵循不斷增長的移動通信規則，就速度和消耗而言，5G 更好，更高效，比4G 移動通信低4 倍或更多倍,用戶體驗也發生了巨大變化。5G 移動通信與無線通信技術緊密合作，以支持下一代移動數據網絡，并共同構建下一代移動通信網絡，以滿足對互聯網流量的需求。

2 移動通信的發展趨勢探討

2.1 無線傳輸技術

2.1.1 大規模MIMO 技術

基礎的MIMO 技術已經應用在4G 中。在2010年，貝爾實驗室的T.L.Marzetta 提出了大規模的MIMO 技術。研究了極端情況下的多用戶多輸入輸出技術，在這種情況下，每個基站在多小區的情況下放置無限數量的天線，并提出了具有多個輸出的大規模多輸入的概念，提出了與單小區天線數量有限的情況下不同的特征。在天線布置方法中，這些天線集中在能夠形成分布在多個節點上的高密度固體MIMO 的基站中，并且可以形成擴散固體MIMO。即通過增加天線的數量來降低小區內干擾，噪聲，衰落等。MIMO 技術如圖1所示。

圖1：MIMO 技術

2.1.2 基于濾波器組的多載波技術

從頻譜效率、抗多徑衰落和實現復雜度的優勢來看，正交頻分復用技術被廣泛應用于各種無線通信系統，例如需要插入循環前綴來抗多徑衰落、對載波頻率偏移高度敏感以及具有高峰均平均比。每個子載波必須具有相同的帶寬，必須保持每個子載波之間的同步。5G 系統必須支持高數據速率，并且可能需要高達1GHz 的帶寬。但是，在某些低頻范圍內，很難連續的獲得寬帶頻譜資源。

2.1.3 全雙工技術

全雙工通信技術是在無線通信系統中同時進行雙向通信的技術，因為在一般的通信系統中，網絡側和終端側的單個傳輸信號會干擾通信。從理論上講，全雙工技術可以使頻率使用的潛力加倍，并允許更靈活的頻率使用。 5G 系統研究旨在關鍵領域中提高頻譜利用率。現在，全雙工技術也存在一些困難。因為接收和發送的信號的功率差過大，并且會引起明顯的固有干擾，因此使用全雙工技術相關的第一個問題是消除這種固有干擾。

2.2 無線網絡技術

2.2.1 超密集異構網絡技術

5G 體系包羅新無線傳輸技術和現有無線接入技術的發展，例如，在5G 網絡中總是存在不同的無線接入技術，5G，4G，3G 和Wi-Fi 共存，除了負責覆蓋基層網絡的宏基站外，還有一些覆蓋了熱點的小型低能功率站，例如：微處理器、繼電器等多層覆蓋多無線接入技術。這些巨大的低性能節點中一些是由運營商引入和計劃的宏節點。但是低功耗，計劃外的節點更為常見。用戶引入的低能耗節點是OSG 或CSG，網絡拓撲和功能非常復雜。5G 通信的標志性核心技術主要來自于高性能無線傳輸技術和高密度無線網絡技術。其中，基于大型多輸入多輸出的無線傳輸技術可以將基于4G的可視化和功率效率提升到一個新水平。實際應用中的第一步技術步驟是高速通道的復雜設計，計算和控制。全雙工技術將為移動通信的頻譜使用率打開新的天地，提高到新的層面。在超密集的網絡行業中，提高高密度無線網絡吞吐量的關鍵問題是網絡協作和干擾管理。

現有架構的變化是無線移動通信體系成長的關鍵目標。SAE /LTE 的扁平化架構提高了當前的移動通信與Internet 的集成。雖然高密度，智能和可編程系統代表了移動通信的發展方向，但內容分發網絡（CDN）處于核心網絡的邊緣。

（1）超密集組網。現有的小區結構將得到進一步改善和分布，并且通過小區之間的協調將干擾信號轉換為有用信號，以解決小區和整個網絡系統的小型化帶來的干擾問題。

（2）智能化。基于常規SON 技術的網絡將具有更廣泛的識別功能和更強大的獨特的優化功能，利用該功能，可以識別網絡環境和用戶的業務需求，并在異構環境中更好地成為網絡。為用戶提供更好的服務體驗。

（3）可編程。5G 移動通信網絡具有軟件定義的功能，并且數據層和控制層將進一步分離。密集控制，分布式控制或它們之間的互連是網絡設計過程中必須解決的技術路由問題。如基站和路由交換基礎設施。靈活的編程和擴展功能，以及用于復雜和不同規模的大量統一和集成平臺。

（4）內容分發邊緣化部署。移動設備訪問的內容趨向于海洋化，但主要集中于熱門內容和大型門戶。在5G 網絡中使用CDN 技術是提高網絡資源使用率的重要途徑。

2.2.2 自組織網絡技術

現有的移動網絡需要大量的人力資源，主要依靠手動方法，例如網絡配置和操作，以及運營商的巨額運營成本。根據分析，每個主要運營商的運營費用實際上約占每個營業額的70%。如今，自組織網絡已成為新安裝網絡的組成部分，逐漸進入業務領域并顯示出巨大的收益。 5G 體系利用快速發展的無線傳輸技術和無線網絡架構，網絡治理比現有網絡繁雜得多。普遍的網絡智能對于保證5G網絡的性能至關重要。是以自組織網絡是5G 的又一重要技術。 5G是一個異構網絡，其中多個融合系統和協作系統共存。

2.2.3 軟件定義網絡技術

無線網絡軟件的定義網絡技術是從Internet呈現的一種新技術。使用傳統的Internet 體系結構，必須將控制和傳輸集成在一起，關閉網絡連接節點，并在本地進行傳輸控制。控制功能特別繁瑣，網絡技術的立異也特別繁雜。為了處理這個問題，斯坦福大學的研究人員提出了軟件定義網絡的觀點。基本思想是中央控制器通過軟件來控制路由器的路由器的路由決策等功能。控件與變速器的分離使控件更加靈活，設備更容易使用。在軟件定義的網絡中，將應用層，控制層和基礎結構層分為控制層，這些控制層通過接口與接口層的網絡設備交互，以控制接口的節點。因此，在這樣的體系結構中，路由由控制器定義而不是分布式的。自從引入軟件定義的網絡以來，所有實驗室都具有標準化的接口，研究和測試基本技術，并且某些制造商也在提出解決方案。

2.2.4 內容分發網絡技術

內容分發網絡是處理Internet 訪問質量的一種發起觀點。在通常的內容傳輸方式中，內容是從內容提供商的服務器傳輸的。隨著Internet 訪問的增加，服務器上的負載增加，Internet 上的擁塞問題增加，網站的反應速度明顯變慢。對于受影響緊張的網站，網站很難向用戶提供高質量的服務。CDN 利用網絡上的緩存服務器。經過將這些緩存服務器散步在相對集中的地區和網絡，如網絡流量，

每個節點的連接性，收費狀態，到用戶的距離等綜合因素，將用戶請求定向到最接近服務節點。它為用戶提供附近所需的內容，糾正網絡堵塞并縮短訪問您網站的用戶的響應時間。在無線網絡中，諸如智能終端之類的應用程序的普及正在推動對移動數據服務和內容的需求。在無線網絡中使用CDN 技術來加速網絡訪問是各種無線網絡的自然選擇，并且是5G 系統的重要技術。

3 移動通信的發展趨勢探討

3.1 交通方面的應用

車聯網被認為是5G 最大的應用市場。山東濱萊高速公路已成功開展了對5G 智能聯網高速公路封閉測試。該測試路段已完全覆蓋5G 信號，測試車輛可以360 度感知高速公路環境以及交通與交通信息的交互以及道路，車輛和道路的連接控制車聯網使我國城市飛速發展，解決了一線城市交通堵塞、管理困難等問題，在科學、合理的安排下讓交通基礎設施最大化利用，進一步提高交通安全水平。如圖2所示。

圖2：5G 在交通領域應用

3.2 醫療方面的應用

“醫療個性化”是最能體現5G 在醫療領域的影響。在緊急情況下，物聯網收集患者基礎的身體數據，快速處理分析和返還信息，讓患者在第一時間接受治療，搭載人工智能系統，幫助醫生判斷患者病情，緩解救助壓力。5G 的發展，解決了目前醫療資源分布不平衡、看病難看病貴的問題，讓更多的人享受到優秀的醫療資源。5G 與醫療行業的融合將迎來更大的成長空間。如圖3所示。

圖3：5G 醫療應用

3.3 農業方面的應用

5G 技術給農業帶來改變，5G+農業被越來越多人看好。當今現有的機器與農業相融合，把收集到的數據傳送到大數據處理。然后農民查看數據，做出相對應的從處理方案。節省人力物力提高種植效率，取得更高產量移動通信技術的發展，很大程度上取決于移動互聯網的飛速發展。無線移動互聯網業務平臺的使用為更多用戶提供了多種服務，而且對系統要求高且具有5G 功能，可以滿足用戶需求和后臺服務。5G 移動通信技術發展的定位是與其他移動無線技術無縫連接并提供各種服務。根據來自世界所有國家的統計，移動無線網絡的商業功能會在以下方面得到發展。

（1）新的無線傳輸技術的引入將使功耗增加10 倍以上。

（2）引入新架構，出色的智能性和無線網絡工作量可以增加25 倍。

4 結語

隨著科學技術的不斷發展，5G 正在參與我們的生活，并越來越廣泛的被使用。目前，5G 移動通信技術初步階段已經完成，它將為用戶提供舒適的用戶體驗，以適應用戶不斷增長的需求，關鍵技術的要求和其他需求正逐步變得越來越成熟，結合不斷發展的科學技術手段，更加先進的技術將應用于5G 移動通信技術以及5G移動通信技術的新突破，讓用戶的使用體驗越來越完美。