5G移動通信網絡關鍵技術概述

傅 淼

（1.太原理工大學， 山西 太原 030024；2.中國移動通信集團山西有限公司五寨縣分公司， 山西 忻州 034000）

引言

近幾年來，隨著科學技術的發展，移動網絡通信技術也在不斷進步。以每十年為一個周期，2G、3G、4G技術在不斷更新換代，雖然相較于移動通信技術最初發展時，現在的數據傳輸效率已經獲得了極大提高，但是在信息爆炸的當下，這樣的傳輸速率仍然不能滿足信息傳遞的需要，因此，5G技術的研究勢在必行。5G技術的研究受到了國家極大的重視，早在2016年，我國就展開了5G關鍵技術的研究。在當前的世界范圍內，5G技術也沒有一個準確的技術標準，所以我國也就這方面內容展開了積極的探索。本文針對5G技術的研究現狀展開闡述，以期為5G技術的研究作出貢獻。

1 5G技術發展趨勢綜述

5G通信提出得很早，在2012的時候已經受到了世界各國的密切關注，國際電信聯盟（ITU）于2015年正式承認了5G技術的研究，至此5G技術的研究步入正軌[1]。

我國關于5G通信技術的探索源于2009年，由華為公司提出并展開研究。工信部對于5G技術的研發以及標準的制定給予了足夠的重視，工信部研發組于2016年-2018年對于5G技術分別進行了關鍵技術實驗、技術方案驗證及系統驗證三個階段的實驗。我國與國際電信行業充分接軌，對促進5G技術盡快投入商用作出了自己的貢獻，并于2016年推動召開了第一屆“構建5G技術生態”主題大會，在會上與歐美等國展開合作，建立合作機制，為推動5G技術的研發和有效利用作出貢獻。

總體來說，5G技術的應用是一個必然的趨勢，所以要想在電信市場中占得先機，就必須積極研發5G通信技術，建立5G通信機制。

2 5G技術的特點

2.1 注重用戶體驗

相較于以往的通信技術，5G技術在用戶體驗方面取得了突破，網絡覆蓋更全面。5G技術在網絡覆蓋方面是4G技術不能與之相比的，強大的網絡覆蓋面使用戶在任何地方都可以快速連接到網絡，能夠給用戶絕佳的使用體驗。如果說4G技術的突破點在網絡速度的話，那么5G技術的突破點就在覆蓋范圍[2]。

2.2 降低功耗

當前我國通信技術方面以4G為主，但是耗電量大，對于手機電池的要求較高，當前我國使用的智能設備，最主要的問題不在網速，而在于耗電量。5G技術的研發使這個問題得到解決，較低的功耗將會解決電子設備耗電量大的問題，使用戶得到更好的使用體驗。

2.3 熱點高容量

當前的4G通信技術雖然網絡傳輸量很大，但是在人口密集、電子設備使用較多的區域會出現卡頓的現象，5G通信的熱點高容量解決了這個問題。熱點高容量的特點是5G技術即使在人口密度大的地方也能平均分配傳輸速率，避免出現卡頓的現象。

2.4 端到端性能提高

當前的智能設備會不間斷地運行某些程序，如智能手機等，所以需要不斷發送消息給服務器，但是這樣做就會使端到端性能變差，影響用戶體驗。5G技術以其良好的端到端性能解決了這個問題，端到端性能的提高使5G用戶不會再出現信息發送遲緩的現象了。

3 5G通信的關鍵技術

3.1 密集的異構網絡

當前我國的智能設備普及率很高，到2020年5G技術正式投入商用后，我國移動數據的傳輸流量將會翻倍增長，所以，為了便于數據流通，未來的5G通信的核心技術之一就是超密集的異構網絡。為了保證5G網絡能在1 000倍的流量傳輸增長的情況下平穩運行，就要減少小區半徑，增加低功率節點的設置。

5G技術投入商用時的無線節點數量將是現在的10倍以上，各個節點之間的距離將會縮短到10 m以內，同時，1 km2的節點能支持25 000個用戶同時使用，甚至可以保證每個無線節點都能對應為一名用戶提供服務。網絡節點的密集部署拉近了與智能終端的距離，能有效提高網速，給用戶良好的使用體驗。超密集異構網絡技術雖然促進了5G通信的技術突破，但是也存在著一些技術難題，最主要的問題就是節點間距離減少，網絡部署變得密集，就會導致網絡干擾的更頻繁發生，但是當前的通信技術智能協調單個干擾源的問題，對于這種密集的網絡部署引發的互相干擾問題難以解決，這也是5G通信技術目前需要解決的一個問題。

3.2 D2D通信技術

5G通信的特點之一就是端到端性能的提高，所以D2D通信技術也是5G通信的核心技術之一。早在2013年，5G技術剛剛興起的時候，D2D技術的研發就受到了世界各國的重視，目前D2D技術的研究已經對4G、5G通信產生了極大影響。在D2D技術發展的初期，通信還需要通過基站來協調，發展到目前為止，已經可以在基站完全不參與的情況下進行通信，目前我國對于D2D技術的研究重點已經變成了如何通過D2D設備使不在通信基站覆蓋區域的設備也能連入蜂窩網絡，這可以極大地擴大網絡覆蓋面，并且能夠提高用戶體驗。對比藍牙以及WIFI技術，D2D技術能夠在通信距離延長的情況下保證通信質量不變，能夠極大地提高用戶的使用體驗。D2D技術不僅能夠保證更快的傳輸速率，還會減少傳輸過程中的網絡延遲，這也是5G通信更為優越的地方。但是當前D2D技術也存在著一些難題，它的傳播方式有限，且更為復雜，因此也更難調度，因此如何解決這個問題也是目前研究者研究的方向之一[3]。

3.3 毫米波通信技術

毫米波理論主要有兩部分，分別是向高頻延伸的微波和向低頻發展的光波。目前世界范圍內使用的通信波頻段資源非常緊缺，但是毫米波頻段的資源是非常豐富的，同時還沒有投入使用，因此5G通信的第三個核心技術就是毫米波通信技術。5G通信將研究的主要波段集中在9.9～86 GHz之間，以LTE技術為基礎進行關于網絡覆蓋面的研究。當前基站的天線規模呈逐漸上升的趨勢，所以為了能在有限的空間內放置盡量多的天線，就要求用于通信的波長維持在一個穩定的區間，不能太長。目前我國在通信波長的研究方面取得了一些成就，在28 GHz毫米波頻段上，已經成功使網絡傳輸速率達到了100 bps，這個速率可以極大地提高用戶的網速，提高其使用體驗。由此可見，5G通信應用毫米波通信技術可以在未來互聯網、低時延性的虛擬現實等的研究方面作出貢獻。

3.4 信息中心網絡技術

當前的通信網絡的發展使得用戶對于音頻、視頻等的質量要求越來越高，這就導致傳統的網絡通信不能有效分發大量的數據流量，因此就需要在5G通信實行的時候應用信息中心網絡技術，這項技術可以有效地分發流量信息，和傳統的網絡體系不同，信息中心體系不適宜主機地址為中心，而是以信息為中心，這樣做能夠實現路由緩存信息數據、多播傳遞信息等，以更快捷的傳播速率提高用戶的使用體驗，從而解決網絡延遲的問題。但是信息中心網絡技術也有不足的地方，盡管它對于現有的網絡傳輸問題能夠進行有效的解決，但是在數據移動以及網絡部署等方面的不足也是十分明顯的，尤其是當前的IP網絡運行了幾十年，已經形成較為成熟的體系，但是信息中心網絡的出現是對IP網絡的一個挑戰，當前研究者應該就信息中心網絡和IP網絡的結合方面展開研究，爭取早日解決這個問題[4]。

[1]余莉，張治中，程方，等.第五代移動通信網絡系架構機器關鍵技術[J].重慶郵電大學學報，2016，26（4）：427-433．

[2]李喬.融合型內容分發網絡關鍵技術研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2014．

[3]周代衛，王正也，周宇，等.5G終端業務發展趨勢及技術挑戰[J].電信網技術，2015（3）：64-68．

[4]李路鵬，熊尚坤，王慶揚.5G技術展望[C]//2013年度全國無線及移動通信學術大會論文集.青島：中國學術期刊電子雜志出版社，2013：14-16．