關于5G移動通信網絡關鍵技術探究

簡智斌

（公誠管理咨詢有限公司，廣東 廣州 510610）

0 引 言

自我國2019年在美國、英國等發達國家之后成為第5個全面開通5G移動通信技術服務的國家后，標志著我國從此開啟5G無線通信時代。5G移動通信網絡技術推行以來，改變了傳統宏基站的通信運作模式，有機融合了多渠道無線通信資源，降低了系統運行耗能，為人們輸送了多元化的通信服務內容。但上述一系列功能均需要在更加優質的5G移動通信系統運行關鍵技術的支持下得以實現，因此針對5G移動通信網絡關鍵技術這一內容展開分析具有一定的現實意義。

1 5G移動通信網絡概述

第5代移動通信技術（5th Generation Mobile Communication Technology，5G）作為1種新型移動通信網絡技術，能夠為通信用戶提供虛擬現實、超高清視頻以及增強現實等技術，解決人與物、物與物之間的通信問題[1]。與此同時，5G技術的推廣也為車聯網、智能家居、環境監測以及移動醫療等服務提供了支持[2]。為了進一步滿足5G通信的多樣化應用場景需求，關于5G的關鍵性能開發方面仍舊需要展開進一步的研究工作，方能更好地為經濟社會各個領域的智能化轉型、數字化發展提供支撐[3]。

2 5G移動通信網絡技術的優勢

將5G移動通信網絡技術應用于人們的工作生活中，主要的技術優勢體現在以下幾方面。

（1）網絡通信速率更高。當前的5G移動通信技術主要是在4G技術的基礎上研發而來，相對于4G技術的載波頻率為20 MHz而言，5G技術的最大優勢就是網絡通信速率更高，主要依賴于多輸入多輸出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）系統的提出，以此構建了高頻段資源，優化信號傳輸速率，促使基站能夠支持集成天線的運行[4]。

（2）容量更大。物聯網概念提出后，移動終端能耗以及無線網絡覆蓋方面均實現了技術突破，為5G移動通信網絡開辟了更大的容量空間，尤其是重點接入網絡時，增加了更多的節點，充分減小網絡傳輸寬帶，對于電能消耗降低也具有重要促進作用，繼而預留更多的容量用于支持通信傳輸[5]。

3 關于5G移動通信網絡關鍵技術探究

3.1 D2D技術

5G移動通信網絡中，技術類型較多，設備到設備（Device-to-Device，D2D）屬于其中的關鍵技術，主要是針對蜂窩系統補充所研發，用戶通信主要依賴于2個對等用戶節點間的信息傳遞實現。由D2D通信用戶所組建的分布式網絡支持所有用戶節點的信號接收和發送通信服務，且還會為消息轉發提供技術支持[6]。當用戶使用5G中的D2D關鍵技術時，網絡參與者可以對外共享個人硬件資源，共享過程中，D2D技術憑借自身的網絡存儲、信息處理及網絡連接能力，可直接被訪問，無須經過中間實體再次傳遞[7]。與此同時，在D2D關鍵技術的應用下，每1個用戶節點可以同時發揮客戶端、服務器的通信服務功能，此時的用戶在意識形態約束下自行構建出實際群體或虛擬群體。具體的D2D關鍵技術運作原理如圖1所示。

圖1 D2D關鍵技術原理

3.2 SDN/NFV技術

5G移動通信網絡構建中需要高度依賴軟件定義網絡/網絡功能虛擬化（Software Defined Network/Network Functions Virtualization，SDN/NFV）這一關鍵技術，此技術不僅操作起來更加靈活，而且對于通信質量及通信效率優化也具有明顯優勢。應用SDN/NFV技術時，對于設備配置的要求并不高，但卻能夠在保障經濟活動需求的條件下全面提升無線通信資源的管理成效[8]。SDN/NFV技術中的SDN核心技術為5G移動通信核心網絡的創新提供幫助，以此搭建更加優質的發展平臺。SDN核心技術應用下，分離網絡設備控制面板與數據時，主要借助OpenFlow來實現，以此賦能網絡管道智能性，進一步提升網絡流量控制的靈活度[9]。與SDN核心技術相比，NFV技術的應用能夠在行業標準的X86交換設備、服務器乃至存儲功能支持下，全面替換傳統通信網絡架構中已經無法滿足5G移動通信需求的專用元件設備，以此提升通信效率及質量[10]。具體的SDN/NFV關鍵技術原理如圖2所示。

圖2 SDN/NFV關鍵技術原理

3.3 超密集異構網絡技術

超密集異構網絡技術屬于5G移動通信網絡的關鍵技術之一。據相關調查研究資料顯示，傳統移動通信網絡技術的技術管理要點主要集中在增加站點部署密度方面，但該種技術模式的應用已經無法滿足現代社會各行業的發展需求[11]。例如，應用傳統無線物理層技術進行通信頻譜管理時，即便在編碼、多址、調制乃至介質訪問控制（Media Access Control，MAC）等技術的全力支持下，頻率效率提升倍數最大僅能達到10倍，完全無法滿足5G移動通信需求。此時，將超密集異構網絡關鍵技術應用于5G網絡構建中，可以直接在網絡中引進超大規模、低功率用戶通信節點，拓展網絡覆蓋范圍的基礎上增強通信熱點，最終消除通信盲點，且對于系統容量的提升也具有促進作用。另外，超密集異構網絡關鍵技術應用后，可以構建多層次立體異構網絡體系，突破以往扁平單層次宏網絡覆蓋時面臨的瓶頸，對于信道數、小區數增長也可發揮作用，實現通信容量的成倍上升。

3.4 大規模MIMO技術

5G移動通信網絡關鍵技術中，D2D技術支持下的異構網絡架構能夠提升通信過程的網絡性能，但也存在一定不足，即會對宏蜂窩用戶或D2D用戶產生通信干擾，從而影響整個通信系統的運行性能。為快速解決上述問題，技術人員基于5G移動通信網絡需求提出了“大規模MIMO技術”，增加系統通信頻率效率功能的同時，還可增加無線通信網絡的復雜度。

應用大規模MIMO技術后，5G移動通信網絡實現同步配置多個基站端的目的，且每1個基站端還會配置百余根天線以及大規模天線矩陣，以此實現同一時間內為多個用戶提供服務。與此同時，大規模MIMO技術的應用下可以針對通信系統信道內的熱噪音、衰落速度加以平衡。當采用漸進正交性信道方式時，對于消除用戶之間的通信干擾以及擴大信道總容量方面也可發揮促進作用，最終保障用戶的系統通信服務滿意度。具體的大規模MIMO技術原理如圖3所示。

圖3 大規模MIMO技術原理

3.5 傳輸波技術

5G移動通信網絡關鍵技術中，傳輸波技術由下述技術構成。

（1）未來新媒體（Future New Media，FNMC）技術。為原型濾波器，通信傳輸表現優良，在濾波器組多載波（Filter Bank Multi Carrier，FBMC）中可以消除相鄰通信符號干擾。干擾消除表現為通信符號相鄰、頻率相同，且子載波攜帶的信號呈虛數、實數交替出現。

（2）通用濾波組多載波（Universal Filtered Multi-Carrier，UFMC）技術。為發射機系統，構造簡單，用于支持信號傳輸的寬帶中攜帶B個子帶，子帶下設若干數量連續子載波，在N點離散傅里葉反變換（Inverse Discrete Fourier Transform，IDFT）支持下快速完成時域、頻域轉換。

4 5G移動通信網絡關鍵技術的未來發展方向

隨著移動通信技術的不斷更新和升級，5G技術自被研發出來便開始逐漸應用到各個技術領域中，得以普及。與傳統的4G技術比較，5G技術在移動寬帶的基礎上進行了全局性的調整、優化，從而進一步加快網絡通信傳輸速度。現階段，5G技術主要被應用在信息安全領域，未來在關鍵技術發展上應該更多集中在高空傳輸技術研發領域，借以去改善國內偏遠地區的信號傳輸問題。此外，5G技術作為新興技術形式，憑借“自然傳輸”替代了“無線通信”，解決了通信容量問題，因此在后續的關鍵技術研發中可以將精力傾斜在虛擬世界的構建領域，以此開辟5G技術應用新領域和新方向。

5 結 論

5G移動通信網絡關鍵技術的研發和應用主要依托于4G技術的基礎變換升級，但5G技術在保存原有4G技術的優勢下，開拓和研發出了更多新技術，并在多項網絡通信技術方面實現了前所未有的突破，充分解決了傳統4G技術的容量、傳輸延時等問題，為人類未來的智能化網絡空間營造奠定基礎。