5G技術(shù)對(duì)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方式的影響

閆偉

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5G技術(shù)對(duì)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方式的影響

閆偉

山西信息規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030012

在移動(dòng)通信技術(shù)領(lǐng)域，高水平的通信體驗(yàn)是發(fā)展的根本目標(biāo)。在信息技術(shù)高速發(fā)展的背景下，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)是移動(dòng)通信發(fā)展的主要趨勢(shì)，第五代移動(dòng)通信技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。為了滿足智能終端普及和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的要求，根據(jù)5G技術(shù)在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的影響，對(duì)5G技術(shù)在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面的應(yīng)用趨勢(shì)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析，以便為5G技術(shù)應(yīng)用效率的提升提供有效的借鑒。

5G技術(shù)；移動(dòng)通信；網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

引言

5G，即第五代移動(dòng)通信技術(shù)，相對(duì)于4G來(lái)說(shuō)其關(guān)鍵技術(shù)主要包括密集及超密集超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)、新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、無(wú)線接入技術(shù)、新型天線技術(shù)、大規(guī)模MIMO等。相關(guān)技術(shù)的合理應(yīng)用，不僅保障了移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性，而且提升了整體移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)頻譜效率，同時(shí)5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)也有望解決超千倍移動(dòng)數(shù)據(jù)增長(zhǎng)問(wèn)題。為了促使移動(dòng)通信技術(shù)得到進(jìn)一步發(fā)展，對(duì)5G移動(dòng)通信技術(shù)進(jìn)行探究分析具有非常重要的意義。

1 5G移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)

1.1 密集及超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)

在5G通信中，無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)正朝著網(wǎng)絡(luò)多元化、寬帶化、綜合化、智能化的方向演進(jìn)。隨著各種智能終端的普及，數(shù)據(jù)流量將出現(xiàn)井噴式的增長(zhǎng)。超密集網(wǎng)絡(luò)能夠改善網(wǎng)絡(luò)覆蓋，大幅提升系統(tǒng)容量，并且對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行分流，具有更靈活的網(wǎng)絡(luò)部署和更高效的頻率復(fù)用。未來(lái)，面向高頻段大帶寬，將采用更加密集的網(wǎng)絡(luò)方案，部署小區(qū)/扇區(qū)將高達(dá)100個(gè)以上。

其中，干擾消除、小區(qū)快速發(fā)現(xiàn)、密集小區(qū)間協(xié)作、基于終端能力提升的移動(dòng)性增強(qiáng)方案等，都是目前密集網(wǎng)絡(luò)方面的研究熱點(diǎn)。

1.2 新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

目前，LTE接入網(wǎng)采用網(wǎng)絡(luò)扁平化架構(gòu)，減小了系統(tǒng)時(shí)延，降低了建網(wǎng)成本和維護(hù)成本。未來(lái)5G可能采用C-RAN接入網(wǎng)架構(gòu)。C-RAN是基于集中化處理、協(xié)作式無(wú)線電和實(shí)時(shí)云計(jì)算構(gòu)架的綠色無(wú)線接入網(wǎng)構(gòu)架。C-RAN的基本思想是通過(guò)充分利用低成本高速光傳輸網(wǎng)絡(luò)，直接在遠(yuǎn)端天線和集中化的中心節(jié)點(diǎn)間傳送無(wú)線信號(hào)，以構(gòu)建覆蓋上百個(gè)基站服務(wù)區(qū)域，甚至上百平方公里的無(wú)線接入系統(tǒng)。C-RAN架構(gòu)適于采用協(xié)同技術(shù)，能夠減小干擾，降低功耗，提升頻譜效率，同時(shí)便于實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)使用的智能化組網(wǎng)，集中處理有利于降低成本，便于維護(hù)，減少運(yùn)營(yíng)支出。

1.3 無(wú)線接入技術(shù)

無(wú)線接入技術(shù)是5G移動(dòng)通信基礎(chǔ)技術(shù)，主要由NOMA、BDMA等技術(shù)組合而成。無(wú)線接入技術(shù)的推廣應(yīng)用，主要以最優(yōu)無(wú)線通信訊號(hào)覆蓋為目的，促使無(wú)線傳輸質(zhì)量得到有效的提升。

1.4 大規(guī)模MIMO

5G在4G研究的基礎(chǔ)上，提出了大規(guī)模MIMO（massive MIMO）的概念。MIMO天線數(shù)量可以是成百上千個(gè)，而理論上的通信容量則是無(wú)限的。大規(guī)模MIMO應(yīng)用可以提升通信容量，擴(kuò)大覆蓋范圍，降低功耗，降低終端復(fù)雜度。

2 5G技術(shù)對(duì)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的影響

以5G技術(shù)應(yīng)用為立足點(diǎn)，可以發(fā)現(xiàn)頻譜資源需求寬、3?GHz頻率上層小區(qū)半徑小、設(shè)備功率小是5G技術(shù)主要的應(yīng)用特點(diǎn)。根據(jù)應(yīng)用特點(diǎn)變化，5G技術(shù)在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面也發(fā)生了較大的變化。

2.1 云化架構(gòu)變化

一方面，從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面分析，5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)主要采用基于SDN/NFV的云化架構(gòu)，主要網(wǎng)絡(luò)能力實(shí)現(xiàn)方式為通用硬件、軟件結(jié)合的方式。現(xiàn)階段基于SDN/NFV的云化架構(gòu)，整體引入方式較為煩瑣，且需要采用全軟件化的核心網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建形式。全軟件化的核心網(wǎng)絡(luò)主要包括控制平面、分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、轉(zhuǎn)發(fā)平面三個(gè)層次，其中控制平面主要包括控制邏輯、能力開(kāi)放、按需編排等幾個(gè)模塊；分組數(shù)據(jù)網(wǎng)主要包括匯聚網(wǎng)、接入網(wǎng)、骨干網(wǎng)等幾個(gè)方面；轉(zhuǎn)發(fā)平面主要包括網(wǎng)關(guān)、內(nèi)容分發(fā)、服務(wù)加速等幾個(gè)功能。

另一方面，依照第五代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)云化網(wǎng)絡(luò)機(jī)構(gòu)，其邊緣計(jì)算功能也展現(xiàn)了不同的特點(diǎn)。這種情況下，核心網(wǎng)絡(luò)云化、下沉就成為5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的主要趨勢(shì)。在后續(xù)發(fā)展過(guò)程中，NGCN也將脫離集中組態(tài)形式，而是通過(guò)MEC、New Core兩個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行分別管理[1]。其中New Core主要位于省級(jí)核心區(qū)域；而MEC主要位于城鎮(zhèn)區(qū)域及邊緣網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)。隨著第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步推進(jìn)，集中管控形式將進(jìn)一步分層，如AAU、CU、DU三級(jí)管控結(jié)構(gòu)。DC機(jī)房也將成為第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的主要管控區(qū)域，其配套設(shè)置建設(shè)等級(jí)也會(huì)進(jìn)一步提升。

2.2 承載網(wǎng)重構(gòu)需求變化

基于第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行特點(diǎn)，其對(duì)承載網(wǎng)絡(luò)在帶寬、延時(shí)、網(wǎng)絡(luò)切片等方面有了更高的要求。

首先，在網(wǎng)絡(luò)帶寬設(shè)置環(huán)節(jié)，基于5G技術(shù)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)頻段高度及頻譜寬度會(huì)進(jìn)一步提升。整體基站帶寬可在以往4G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)站點(diǎn)的十倍以上。在接入、匯聚層設(shè)置方面，也需要接入50.0?GB/s或者更高的速率接口；在核心網(wǎng)絡(luò)組建過(guò)程中，也需要接入100?GB/s或者更高的速率接口。

其次，在網(wǎng)絡(luò)延時(shí)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，基于5G技術(shù)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)置需要結(jié)合ITU要求，將網(wǎng)絡(luò)端口延時(shí)設(shè)置在ms級(jí)以下，其中前傳時(shí)延大致在250.0?us；而中傳需要?jiǎng)t在1.6～9.9?ms之間[2]。為了滿足上述需求，在承載網(wǎng)絡(luò)架設(shè)過(guò)程中，就需要進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整，必要情況下可采用樹(shù)形組網(wǎng)的形式，進(jìn)一步降低傳輸時(shí)延。

最后，在第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過(guò)程中，其在mMTC、uRLLC、eMBB等切片中對(duì)網(wǎng)絡(luò)具有不同的要求，而為了滿足不同業(yè)務(wù)在時(shí)延、帶寬方面的要求，就需要選擇更加合理的傳輸方案。

2.3 配套設(shè)施變化

首先，在第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)部署方面，天線數(shù)量可能增加至64根以上。這種情況下，基站處理能力及能量損耗效率就會(huì)大幅上升，對(duì)基站機(jī)房配套設(shè)備也提出了更高的要求。為了降低機(jī)房數(shù)量及建設(shè)成本，基站覆蓋面積就需要進(jìn)一步縮小。這表明在后續(xù)5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)管理過(guò)程中，小型基站建設(shè)形勢(shì)也將得到進(jìn)一步的推廣應(yīng)用。

其次，在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)廣覆蓋向深度覆蓋不斷推進(jìn)過(guò)程中，第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)資源將不斷增加，隨之導(dǎo)致可用站點(diǎn)資源數(shù)量下滑，而網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)資源不足也將成為后續(xù)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的主要問(wèn)題。相較于一般移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方法而言，分布式基站設(shè)備建設(shè)效率較高，且功耗低、整體建設(shè)速度較快，同時(shí)BBU與RRU結(jié)合的形式，也便于基帶單元、射頻單元的獨(dú)立運(yùn)行。通過(guò)基帶單元獨(dú)立運(yùn)行，可以進(jìn)一步降低物業(yè)協(xié)調(diào)困難及機(jī)房建設(shè)需求，從而推動(dòng)基站節(jié)能減排建設(shè)。

最后，在第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過(guò)程中，并不會(huì)采用大規(guī)模天線架設(shè)形式。現(xiàn)階段已開(kāi)發(fā)的100?MHz帶寬、C-band頻段的64T64天線，在尺寸、重量等方面與以往天線并沒(méi)有較大的差異[3]。在第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過(guò)程中，主要困境為空間限制問(wèn)題，即在網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)面積一定的情況下，需要將2G/3G/4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行疊合設(shè)置。這種情況下，為了保證單站容量符合標(biāo)準(zhǔn)要求，就需要在單獨(dú)網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)建設(shè)過(guò)程中，采取4扇區(qū)或更高扇區(qū)的設(shè)置，而多扇區(qū)設(shè)置方式也對(duì)鐵塔天線平面設(shè)計(jì)提出了更高的要求。如何在大范圍天線覆蓋、工程可實(shí)現(xiàn)性間進(jìn)行協(xié)同處理，并保證新型天線形態(tài)的合理運(yùn)行，也是第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的主要問(wèn)題。

3 5G技術(shù)在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的應(yīng)用趨勢(shì)

3.1 網(wǎng)絡(luò)扁平化

網(wǎng)絡(luò)扁平化主要是通過(guò)BBU集中設(shè)置模式，結(jié)合其他相關(guān)設(shè)備的合理配置，對(duì)IDC機(jī)房?jī)?nèi)部配套設(shè)置有了更高的要求。隨著IDC機(jī)房?jī)?nèi)部配套設(shè)備等級(jí)的上升，其整體網(wǎng)絡(luò)扁平化發(fā)展趨勢(shì)也逐漸凸顯。

3.2 大型天線系統(tǒng)及微小型基站

一方面為了充分滿足第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行需求，在天線架設(shè)過(guò)程中，就需要采用大規(guī)模天線架設(shè)模式。大規(guī)模天線架設(shè)模式在有源天線系統(tǒng)體積、貼片天線面積、有源天線系統(tǒng)重量等方面都有了大幅的提升，相應(yīng)地對(duì)天線塔桅也提出了更高的要求。另一方面，在第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中，射頻上塔、帶電上塔成為移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)主要形式，而由此帶來(lái)的安全問(wèn)題，也需要相關(guān)部門人員進(jìn)行進(jìn)一步探究。

4 總結(jié)

綜上所述，無(wú)線接入技術(shù)、大規(guī)模MIMO技術(shù)、超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)為第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)主要技術(shù)。在上述技術(shù)應(yīng)用的過(guò)程中，其對(duì)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)配套設(shè)置建設(shè)及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)重構(gòu)也提出了更高的要求。隨著基站建設(shè)規(guī)模的進(jìn)一步縮小，整體城區(qū)網(wǎng)絡(luò)也將呈現(xiàn)微型化的特征，同時(shí)隱蔽性微小基站也將成為主要網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。這種情況下，如何利用各行業(yè)資源對(duì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部進(jìn)行建設(shè)維護(hù)也成為相關(guān)人員的主要工作方向。

[1]吳振濤. 5G技術(shù)在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用研究[J]. 中國(guó)新通信，2017，19（8）：9.

[2]康建中. 5G移動(dòng)通信的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)探析[J]. 通訊世界，2016，18（16）：46.

[3]詹建. 5G通信測(cè)試技術(shù)挑戰(zhàn)[J]. 國(guó)外電子測(cè)量技術(shù)，2017，36（5）：103-106.

The Impact of 5G Technology on the Construction of Mobile Communication Network

Yan Wei

Shanxi Information Planning and Designing Institute Co., Ltd., Shanxi Taiyuan 030012

In the field of mobile communication technology, a high level of communication experience is the fundamental goal of development. In the context of the rapid development of information technology, mobile internet and Internet of Things are the main trends in the development of mobile communications, and the fifth generation of mobile communication technology emerges as the times require. In order to meet the requirements of the popularity of smart terminals and the development of mobile internet, according to the influence of 5G technology in the construction of mobile communication network, the application trend of 5G technology in mobile communication network construction is analyzed briefly, so as to provide effective reference for the improvement of 5G technology application efficiency.

5G technology; mobile communication; network construction

TN925

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