5G 移動(dòng)通信技術(shù)在通信工程中的應(yīng)用

陳曉鵬

（蘭州信息科技學(xué)院，甘肅 蘭州 730300）

5G 通信技術(shù)是五代移動(dòng)通信技術(shù)的英文縮寫，采用1～10 mm 波長(zhǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，頻譜為中、高頻段，具有高速率、低延遲和大容量數(shù)據(jù)傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，可以達(dá)到較好的通信質(zhì)量，但傳播損耗高、網(wǎng)絡(luò)覆蓋成本高，需要通過MIMO、波束聚合等技術(shù)作為支撐，這樣才能覆蓋更廣范圍。5G 技術(shù)與現(xiàn)代生產(chǎn)需求進(jìn)行結(jié)合，可以推動(dòng)各行業(yè)向著智能化方向發(fā)展，已經(jīng)成為通信工程領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)，在通信傳輸中發(fā)揮著重要作用。

1 5G 原理與關(guān)鍵技術(shù)

1.1 通信組網(wǎng)

1.1.1 非獨(dú)立組網(wǎng)(NSA)

全球很多移動(dòng)運(yùn)營方都采用NSA 非獨(dú)立組網(wǎng)模式，具有組網(wǎng)時(shí)間短、前期投入低等特點(diǎn)。根據(jù)控制面和用戶面不同來選取具體的NSA 組網(wǎng)方式，主要以4G 核心網(wǎng)+4G 基站和5G 基站進(jìn)行混合，在降低組網(wǎng)成本的同時(shí)實(shí)現(xiàn)5G 功能。將用戶面數(shù)據(jù)劃分為兩部分，4G 基站不能實(shí)現(xiàn)的通信由5G 基站來完成，余下數(shù)據(jù)交由4G 基站。該組網(wǎng)是基于4G 核心網(wǎng)來接入，沒有獨(dú)立運(yùn)行的5G 核心網(wǎng)，需要4G、5G 接入網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互通，技術(shù)實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，需要支持LTE、NR 連接，終端成本上不占有優(yōu)勢(shì)。從技術(shù)角度分析，SA 技術(shù)要比NSA 技術(shù)更為先進(jìn)，但選擇該方面會(huì)對(duì)4G 設(shè)備進(jìn)行利用，有助于快速實(shí)現(xiàn)5G 組網(wǎng)投資。NSA 組網(wǎng)是過渡方案，可以在短期實(shí)現(xiàn)對(duì)5G 技術(shù)的應(yīng)用嘗試，最終會(huì)退出。

1.1.2 獨(dú)立組網(wǎng)(SA)

以5G 核心網(wǎng)、無線網(wǎng)作為實(shí)現(xiàn)SA 組網(wǎng)的前提條件，將新建5G 基站作為終端、核心網(wǎng)的中轉(zhuǎn)站，做到真正的獨(dú)立組網(wǎng)。以全新5G 核心網(wǎng)與無線網(wǎng)進(jìn)行組網(wǎng)可以最大程度地發(fā)揮出技術(shù)性能，但需要投入更多的資金。以4G 基站為基礎(chǔ)進(jìn)行升級(jí)來接入5G 網(wǎng)，也可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立組網(wǎng)，具有較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。SA 組網(wǎng)可都采用5G 架構(gòu)和核心網(wǎng)，與4G 互通難度較低，接入核心網(wǎng)級(jí)就可以實(shí)現(xiàn)，終端采用NR 單一無線接入技術(shù)即可滿足要求。SA 組網(wǎng)更為合適，但由于運(yùn)營不能在短時(shí)期內(nèi)放棄4G 網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)營商大多在保證原設(shè)備功能的前提下，讓用戶感受到5G 技術(shù)帶來的快捷體驗(yàn)。

1.2 5G 移動(dòng)通信功能特點(diǎn)

與4G 技術(shù)進(jìn)行比較來看，有如下功能特點(diǎn)：①增加移動(dòng)寬帶。5G 技術(shù)先進(jìn)性體現(xiàn)在數(shù)據(jù)傳輸速度方面，最高可以達(dá)到10G/s，該速度可以滿足用戶對(duì)數(shù)據(jù)通信的要求，5G 增強(qiáng)型移動(dòng)寬度可以保證數(shù)據(jù)移動(dòng)性、業(yè)務(wù)連續(xù)性不會(huì)受到影響。②海量物聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)會(huì)對(duì)推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)不同，在屬性與流量模型方面有著很大的差異，物聯(lián)網(wǎng)要面對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議無法解決的問題，還應(yīng)該采用多種流量模式來滿足服務(wù)質(zhì)量，采用5G 技術(shù)可以很好地解決物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)難題。③超低時(shí)延。5G 技術(shù)具有低時(shí)延、高可靠性等特點(diǎn)，現(xiàn)已經(jīng)應(yīng)用AR/VR、AI 機(jī)器人、智能制造等領(lǐng)域，隨著5G 物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，IOT 將業(yè)務(wù)將會(huì)推動(dòng)5G 業(yè)務(wù)的成熟。

1.3 5G 移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)

1.3.1 毫米波技術(shù)

運(yùn)行頻率在30～300 GHz、波長(zhǎng)為1～10 mm 可劃入毫米波電磁信號(hào)，再借助帶寬、天線又重增益，毫米電磁波可以達(dá)到超高傳輸速率，可與多種終端設(shè)備連接。毫米波通信可以靈活繞過阻礙，達(dá)到高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男Ч绻K端信號(hào)較弱則可以通過毫米波提高傳輸速度，降低信號(hào)傳輸時(shí)的信號(hào)干擾。很多無線接入技術(shù)疊加網(wǎng)絡(luò)，都需要借助毫米波通信，建設(shè)毫米波基站，可以提升高速移動(dòng)通信用戶體驗(yàn)，宏基站、小基站都采用低頻段，用戶在使用時(shí)會(huì)存在信號(hào)頻繁切換的問題，需要對(duì)當(dāng)前的通信模式進(jìn)行優(yōu)化，宏基站運(yùn)行在低頻段可以起到通信控制平面的作用，小基站運(yùn)行高頻段可作為用戶運(yùn)行數(shù)據(jù)平面。通信回程采用毫米波通道，可以按照數(shù)據(jù)流量增加情況來合理部署小基站，也要以在數(shù)據(jù)量小、空閑段關(guān)閉小基站，這樣可以起到節(jié)能效果。

1.3.2 大規(guī)模MIMO 技術(shù)

WIFI、LTE 等都采用MIMO 技術(shù)，頻譜效率和信號(hào)傳輸可靠性都與通信天線數(shù)量呈現(xiàn)出正相關(guān)，很多LTE 基站為水平排列，波束為水平方向，天線數(shù)量多相應(yīng)的尺寸就會(huì)增大，給安裝帶來困難。5G 天線采用大規(guī)模天線陣列系統(tǒng)技術(shù)，也被稱之為L(zhǎng)SAS技術(shù)，可提升空間自由度，水平或垂直方向均可放置，可增加波束維度和降低天線耦合產(chǎn)生能耗損失，有利于降低運(yùn)營成本。LSAS 技術(shù)的靈活性可實(shí)現(xiàn)對(duì)波束方向的動(dòng)態(tài)調(diào)整，形成滿足用戶使用需求的特定波束，也可結(jié)合波束方向準(zhǔn)確區(qū)分出用戶類型，形成的三維波束空域粒度更為精細(xì)，每類用戶MIMO 性能都可以得到改善。

1.4 5G 移動(dòng)通信存在的問題

1.4.1 損耗問題

5G 移動(dòng)通信為高速率傳輸方式，但會(huì)存在傳播損耗和穿透損耗，傳播損耗與頻率為平方反比關(guān)系，穿透損耗與頻率不存在線性相關(guān)，相同介質(zhì)穿透損耗會(huì)隨著頻率上升而增加，但與介質(zhì)本身性質(zhì)也有關(guān)，鋼筋混凝土建筑會(huì)高于玻璃幕墻的穿透損耗。

1.4.2 頻繁切換

很多5G 信號(hào)運(yùn)營商采用NSA 模式，4G、5G 基站并存，如果相鄰小區(qū)切換帶設(shè)置不合理，用戶使用5G 信號(hào)時(shí)會(huì)存在掉線、切換速度慢等問題，需要對(duì)相鄰小區(qū)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，避免出現(xiàn)信號(hào)頻繁切換問題。

2 5G 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

2.1 單站驗(yàn)證

單站驗(yàn)證工作主要有準(zhǔn)備、測(cè)試與分析、建議與實(shí)施、驗(yàn)證報(bào)告四個(gè)環(huán)節(jié)，準(zhǔn)備工作主要有硬件和軟件準(zhǔn)備、確定采用的測(cè)試方法、查看站點(diǎn)運(yùn)行參數(shù)、查看站點(diǎn)狀態(tài)，準(zhǔn)備完成后進(jìn)行測(cè)試與分析，檢查是否存在問題，如果確定沒有問題則輸出單驗(yàn)報(bào)告。如果存在問題則單驗(yàn)問題記錄，并對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，核實(shí)參數(shù)調(diào)整是否通過，如果沒有通過則再次進(jìn)行調(diào)整，完成參數(shù)調(diào)整工作后實(shí)施調(diào)試動(dòng)作，然后轉(zhuǎn)入測(cè)試與分析流程。

單站驗(yàn)證為5G 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中的重要環(huán)節(jié)，驗(yàn)證時(shí)要確保每個(gè)小區(qū)通信接入性能、數(shù)據(jù)能力達(dá)到正常使用要求，目的是為解決網(wǎng)絡(luò)信號(hào)覆蓋不足引起的掉線和接入失敗問題，進(jìn)行驗(yàn)證可提高對(duì)問題的準(zhǔn)確定位能力，是進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化的前提條件，可以為后續(xù)優(yōu)化打下良好的基礎(chǔ)。對(duì)站點(diǎn)參數(shù)進(jìn)行檢查，得到5G 網(wǎng)絡(luò)配置數(shù)據(jù)，與前期規(guī)劃數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，查看數(shù)據(jù)偏差情況。5G 網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)應(yīng)用NSA 方式，在進(jìn)行核查數(shù)據(jù)時(shí)要確保NR 側(cè)數(shù)據(jù)相符，還應(yīng)該使LTE 則數(shù)所配置和規(guī)劃相同，所以，單站驗(yàn)證站點(diǎn)數(shù)據(jù)要進(jìn)行全面地核查。站點(diǎn)狀態(tài)檢查需要多現(xiàn)場(chǎng)得得到站點(diǎn)運(yùn)行狀態(tài)，查看LTE、5G 小區(qū)運(yùn)行是否異常。對(duì)測(cè)試工具、UE 終端和軟件等進(jìn)行檢查，查看是否存在運(yùn)行異常，測(cè)試車內(nèi)運(yùn)行時(shí)速應(yīng)該合理，存在測(cè)試異常時(shí)應(yīng)該減速，為防止相鄰基站對(duì)測(cè)試產(chǎn)生影響，可在單站測(cè)試激活相鄰基站的小區(qū)。

數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)測(cè)試是重要的測(cè)試內(nèi)容，對(duì)小區(qū)信息傳輸速率進(jìn)行測(cè)試，主要采用FTP 測(cè)試、灌包測(cè)試方法，進(jìn)行定點(diǎn)和移動(dòng)測(cè)試，先對(duì)FTP 測(cè)試進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)上、行速率進(jìn)行測(cè)試，要確保測(cè)試硬件負(fù)荷滿足FTP測(cè)試需要，避免由于硬件性能差異引起測(cè)試結(jié)果異常。進(jìn)行單站驗(yàn)證時(shí)，如果UE 接入網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行正常，可是無法進(jìn)行切換，應(yīng)該先對(duì)無線信號(hào)進(jìn)行檢查，查看RSRP、SINR 數(shù)值偏離情況，檢查NR 小區(qū)鄰區(qū)關(guān)系是否已經(jīng)添加好，存在站間變更應(yīng)該檢查錨點(diǎn)站至目標(biāo)NR 小區(qū)是否已經(jīng)添加完，X2 配置是否完成。

如圖1，智能終端接收到獲取待測(cè)試站點(diǎn)的基本屬性參數(shù)的指令后，通過網(wǎng)絡(luò)從服務(wù)器中獲取所述待測(cè)試站點(diǎn)的基本屬性參數(shù)，以及測(cè)試用例。

其中，圖1 中包括用于進(jìn)行單站驗(yàn)證業(yè)務(wù)測(cè)試的測(cè)試項(xiàng)目，以及與所述測(cè)試項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的預(yù)置的測(cè)試條件。

圖1 5G 組網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)形式

其中，較佳的，智能終端中可以預(yù)先安裝有預(yù)設(shè)的測(cè)試應(yīng)用，則步驟101 中用于獲取待測(cè)試站點(diǎn)的基本屬性參數(shù)的指令：智能終端檢測(cè)到用戶在測(cè)試應(yīng)用的用于獲取待測(cè)試站點(diǎn)的基本屬性參數(shù)的輸入框中輸入待測(cè)試站點(diǎn)的名稱；或者該指令還可以是由兩個(gè)操作組成：首先是智能終端檢測(cè)到用戶輸入的距離當(dāng)前測(cè)試位置的搜索范圍。

該搜索范圍距離當(dāng)前測(cè)試位置50 m，或者表示地理區(qū)域的名稱，例如某某公園等。該搜索范圍用于提交給服務(wù)器，以便于服務(wù)器查找當(dāng)前測(cè)試位置附近的站點(diǎn)并反饋給智能終端。由于限定搜索范圍后服務(wù)器返回給智能終端的可能是至少一個(gè)站點(diǎn)，故此，智能終端再進(jìn)一步接收到對(duì)至少一個(gè)站點(diǎn)的選擇指令后，將該選擇的站點(diǎn)作為待測(cè)試站點(diǎn)，開始獲取該站點(diǎn)的基本屬性參數(shù)，以及測(cè)試用例。

其中，待測(cè)試站點(diǎn)的基本屬性參數(shù)為用于進(jìn)行單站驗(yàn)證業(yè)務(wù)測(cè)試的參數(shù)，例如，站名、基站ID、小區(qū)ID、天線方向角、基站的經(jīng)緯度信息等。

步驟102：從當(dāng)前服務(wù)站點(diǎn)的空口信令中獲取所述當(dāng)前服務(wù)站點(diǎn)的站點(diǎn)ID。

其中較佳的，對(duì)于宏基站，可以從空口信令中獲取該宏基站的eNB(演進(jìn)型基站)ID，作為站點(diǎn)ID；對(duì)于待測(cè)試站點(diǎn)的小區(qū)，可以從空口信令中解析出該站點(diǎn)的小區(qū)的小區(qū)ID，以便于進(jìn)行測(cè)試。

步驟103：判斷所述當(dāng)前服務(wù)站點(diǎn)的站點(diǎn)ID 與所述待測(cè)試站點(diǎn)的基本屬性參數(shù)中的站點(diǎn)ID 是否相同。

步驟104：當(dāng)所述當(dāng)前服務(wù)站點(diǎn)的站點(diǎn)ID 與所述待測(cè)試站點(diǎn)的站點(diǎn)ID 相同時(shí)，發(fā)出所述當(dāng)前服務(wù)站點(diǎn)為所述待測(cè)試站點(diǎn)的提示。

其中，在一個(gè)實(shí)施例中，提示當(dāng)前服務(wù)站點(diǎn)為待測(cè)試站點(diǎn)的方法可以是音頻、圖像或文字，只要能夠使用戶辨別出步驟103 的判斷結(jié)果的提示方法均適用于本發(fā)明實(shí)施例，本發(fā)明對(duì)此不做限定。

步驟105：接收對(duì)測(cè)試用例的選擇指令。

步驟106：根據(jù)選擇的測(cè)試用例以及所述待測(cè)試站點(diǎn)的基本屬性參數(shù)，進(jìn)行單站業(yè)務(wù)測(cè)試。

2.2 簇優(yōu)化

在進(jìn)行簇優(yōu)化前應(yīng)該對(duì)關(guān)鍵要素進(jìn)行核查，制定出測(cè)試方式，單站驗(yàn)收入網(wǎng)等，NSA 控制面優(yōu)化是對(duì)LTE 錨點(diǎn)性能和輔小區(qū)組性能。切換門限調(diào)整優(yōu)化，會(huì)對(duì)鄰區(qū)數(shù)據(jù)切換造成影響，對(duì)于NSA DS 用戶，MeNB 切換觸發(fā)乖和LTE 用戶相近，可對(duì)NSA DC用戶采用同頻/異頻切換門限。異頻切換場(chǎng)景應(yīng)該利用參數(shù)異步切換策略組來將不同QCI 與ID 進(jìn)行匹配，對(duì)不同策略組ID 利用LTE 至異系統(tǒng)策略配置異頻切換門限。NSA DC 用戶利用LTE 至UTRAN 異系統(tǒng)配置異頻切換，同頻切換與異系統(tǒng)配置基本相同，再配置與LTE only 不同策略組，可以對(duì)移動(dòng)切換門限進(jìn)行分別設(shè)置。小區(qū)對(duì)切換參數(shù)調(diào)整優(yōu)化，當(dāng)測(cè)試路線確定某個(gè)方向并進(jìn)行行駛，兩個(gè)小區(qū)間只可進(jìn)行一次切錦，可進(jìn)行調(diào)整來準(zhǔn)確變化切換位置，這樣只會(huì)地鄰區(qū)產(chǎn)生影響。鄰區(qū)關(guān)系調(diào)整優(yōu)化只添加LTE 鄰區(qū)和NR 鄰區(qū)關(guān)系，同頻鄰區(qū)只調(diào)整鄰區(qū)關(guān)系和NR 鄰區(qū)關(guān)系。

NR 用戶面優(yōu)化方面，進(jìn)行CCE 聚合等級(jí)優(yōu)化，針對(duì)信道質(zhì)量佳的小區(qū)，存在嚴(yán)重問題時(shí)進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化會(huì)減小CQI 偏置，可以減少CCE 擁塞。進(jìn)行RB調(diào)度不滿優(yōu)化，如果UE 切換至目標(biāo)小區(qū)，RB 調(diào)度不滿時(shí)可以進(jìn)行乒乓切換優(yōu)化，可以降低切換次數(shù)。AAU 超溫會(huì)啟用降額調(diào)度，進(jìn)行重啟、冷卻等措施來處理。關(guān)閉SIBI 調(diào)度，不采用SIBI 進(jìn)行廣播RMSI，其內(nèi)容經(jīng)過RRC 信令，UE 開始接入NR 以前進(jìn)行發(fā)送，可以關(guān)閉SIBI 來降耗。提升信道RE 資源優(yōu)化，可以在信息質(zhì)量佳的情況下，將PDCCH打開，可以提高資源增益。TRS 剩余資源打開，無法進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，關(guān)閉時(shí)可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸來提高資源增益。

Rank 優(yōu)化方面，由于Rank 會(huì)受到物理環(huán)境影響，可將其限制在1、2 階，檢查UE 下行天線差異，更改切換門限等方法。MCS 優(yōu)化時(shí)可以進(jìn)行CQI 優(yōu)化、CQI 不上優(yōu)化，切錦后爬升慢優(yōu)化、MCS 波動(dòng)大優(yōu)化策略，避免MCS 值受到影響。

3 通信工程中應(yīng)用5G 技術(shù)分析

3.1 通信工程建設(shè)

無線通信網(wǎng)絡(luò)基站是當(dāng)前通信工程建設(shè)的主要內(nèi)容，5G 技術(shù)應(yīng)用于通信工程建設(shè)，可以拓展網(wǎng)絡(luò)覆蓋面，提升用戶使用網(wǎng)絡(luò)的體驗(yàn)。目前，采用無線通信技術(shù)進(jìn)行通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需要投入很大的資金，再受到網(wǎng)絡(luò)拓結(jié)構(gòu)的影響，通信容量的進(jìn)一步提升會(huì)受到制約，無法達(dá)到實(shí)時(shí)通信的要求。5G 移動(dòng)通信應(yīng)用于通信工程可實(shí)現(xiàn)端對(duì)端的通信，可以達(dá)到數(shù)據(jù)信息近距離傳輸?shù)囊?，更好地保證數(shù)據(jù)完整性、準(zhǔn)確性，還可以防止出現(xiàn)中間節(jié)點(diǎn)干擾問題，通信傳輸速度與效率都可以進(jìn)一步提升，減少數(shù)據(jù)通信時(shí)產(chǎn)生的損耗，有利于建立起多結(jié)構(gòu)、多渠道的復(fù)合通信體系。

3.2 智能通信

通信工程應(yīng)用5G 移動(dòng)通信技術(shù)，可以滿足國家提出的智能化、信息建設(shè)規(guī)劃要求，不但在5G 手機(jī)等智能終端設(shè)備，還應(yīng)該應(yīng)用于電子顯示牌、路燈等市政基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，提升城市的智能化、信息化管理水平。進(jìn)行智能通信建設(shè)時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計(jì)，為后續(xù)的其他信息接入預(yù)留好端口，保證數(shù)據(jù)信息的高效和安全傳輸，為智慧城市建設(shè)提供技術(shù)支持。

4 5G 技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

綜上所述，5G 通信技術(shù)的研究會(huì)更為深入，對(duì)促進(jìn)通信工程質(zhì)量提升發(fā)揮著重要作用，也會(huì)為用戶帶來更好的網(wǎng)絡(luò)使用體驗(yàn)感，用戶數(shù)量也會(huì)越來越多，具有良好的應(yīng)用前景，可為我國通信產(chǎn)業(yè)建設(shè)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。