5G 通信網絡需求與發展技術分析

宋素玲

（河南工業和信息化職業學院，河南 焦作 454000）

1 5G 網絡通信概述

隨著網絡技術的發展，4G 為人們帶來了很多生活上的便利，但是弊端和不便也很快出現。例如，由于基站容量有限，當使用人數達到一定數量時，就會出現網絡緩慢甚至崩潰的情況。此外，4G 網絡由于先天不足，在10 ms 以上會出現通信延遲，這就會影響諸如遠程醫療、遠程駕駛等服務的正常開展。對比4G 通信網絡的不足，5G 通信網絡有很多優點。5G 的全稱是第五代移動通信系統，它是在4G 通信網絡基礎之上所發展的新技術。它的目標是建立通信技術與信息的生態系統，是未來無線通信網絡發展的最新趨勢，也是目前產業界所關注的最新熱點。

2 5G 網絡需求分析與探討

2.1 5G 網絡需求分析

國際電信聯盟曾經提出5G 有三大業務場景，即增強型移動寬帶、高可靠低時延通信及大規模機器通信。這也是中國老百姓對于5G 發展需求的定義。人們不但對于網絡信號有帶寬需求、通信數量需求，對于信號性能的可靠性、信號速度的大小也有很高的需求，5G大大彌補了4G 通信技術的缺陷。隨著經濟社會的不斷發展，需要處理應對的問題越來越多。不斷會出現大量的爆炸性的移動數據流量、大量的設備連接及各種新業務。同時，各行各業不斷的深化融合，真正實現“萬物互聯”正是5G 發展的方向和目標。在實際生活中，不同行業在關鍵指標上往往有不同的要求，所以5G 網絡技術需要支持吞吐量、定位、安全可靠、計費等各種指標的優化組合。因為“萬物互聯”存在有更大的安全分享，而5G 可以打消用戶的顧慮，它不僅能滿足用戶多樣化的需求，還可保護他們的隱私，支持開放的安全能力。目前，中國三大運營商都已經開啟5G 承載技術研究、5G 無線外場測試等工作。

2.2 5G 網絡需求探討

衡量網絡承載能力的主要指標是網絡通信的帶寬。對于5G 網絡通信技術，需要滿足帶寬是20Gb/s，頻率寬度和天線的排列傳輸關系密切。頻率越高，相應的帶寬需要也會越高。在不同的區域，資源的需求和利用也會不同，對資源的需求都是動態的、彈性的。衡量網絡傳輸速度能力的重要指標是網絡通信延時。在不同的區域和場景對通信延時的要求也不同，這直接影響決定了對承載網架構的要求。對時延要求比較高的場景包括一些高鐵及飛機運輸等，它們要求終端對終端的時延不超過10 ms；大規模物聯網的低時延場景主要包括視頻實時監測等，終端對終端時延要求更高，最小是10 ms；而高可靠低時延通信即以以無人駕駛、工業自動化、遠程醫療為主要業務，對延時要求極高，不能超過1 ms。我國從2013 年開始研究5G 網絡通信技術的使用，這些年取得了一些經驗，總結下來主要有如下要求。第一，要保證網絡的穩定性，不但要能夠通信正常，還要保證網絡的質量和速度，要推行以綜合業務接入點為目的的組織，保證滿足快速基站接入的需求。第二，“萬物互聯”網絡的職能需求，在網絡技術發展快速的進程中，需要及時對業務進行優化和整合，不同行業的加入使原來的結構體系發生了很大的變化，需要調整滿足超大量業務，能夠適應路由變化和調度，也要能夠具備全網職能編排的本領。第三，針對于5G 網絡技術的部署，需要減少網絡建設成本，因此需要對架構進行優化，以提高5G 網絡適應業務發展的需要和應對5G 網絡部署不確定的需要。第四，還要考慮運行成本，需要研究和采用邊緣匯聚技術和低成本末端接入技術，盡可能降低接入部分的成本，通過利用恰當的網絡收斂技術，并且利用承載帶寬，以滿足5G 承載業務的需求[1]。

3 5G 發展技術分析

3.1 無線傳輸技術

無線傳輸技術主要有3 種，即大規模MIMO 技術、多載波技術、全雙工技術，本文具體介紹前兩種技術。首先，大規模MIMO 技術。大規模MIMO 技術能夠運行的基礎主要在于大型天線系統，大型天線系統能夠將其聚集在5G 通信網絡中，能夠有效降低技術的消耗，減少制造成本。在天線系統中，大規模MIMO 技術能將多條天線連接在一起，實現多地域、多天線信息交替互通。5G 通信網絡的設計目標就在于此，所以大規模MIMO 技術在5G 網絡通信技術中屬于核心技術。5G 網絡技術還沒到來之時，該技術已經得到廣泛的應用，目前所要努力的方向就是將該技術與5G 通信網絡進行有效的融合，如果有不適應、不配套的現象，要及時解決，使他們能夠完美融合。在技術操作過程中，在兩者結合的時候，天線數目就是技術優化的關鍵點所在。其次，以濾波器組成為基礎的多載波技術。即常見的OFDM 技術。在無線通信中，這種技術的頻譜應用效果比較好，這成為該技術的優勢。但是這種技術在應用的過程中，會造成對十分稀缺的頻譜資源浪費的現象，降低系統的有效性，問題產生于循環前綴中[2]。

3.2 無線網絡技術

無線網絡技術主要有兩種，首先是自組織網絡技術。這種技術產生于移動通信網絡技術智能化發展的進程中，它的應用性高低和通信技術水平的高低關系密切，通信技術水平高，應用性水平也就越高，反之，通信水平低，應用水平也低。它的技術優勢主要體現在網絡恢復和優化的過程，現在用戶對網絡的要求是越來越高，這種技術在網絡中發揮作用，網絡就能自動恢復，并且在恢復過程中還會對自身的組織結構進行自動調節和優化，使網絡更加適用技術的發展。由于所有程序和動作都是自動化的，所以這種技術是一種智能化的技術。它可被廣泛運用于網絡故障檢測系統，如果網絡系統在運行時出現故障，自組織網絡技術就可以在故障剛剛出現時發現并及時解決。有了這種先進的技術，網絡運行會更加安全、更加可靠。這種技術在5G 通信網絡中的廣泛應用，使得5G 網絡也呈現出智能化的特點。其次，超密集異構網絡技術。這種技術在5G 通信網絡中地位顯著，屬于核心技術。此技術可以使通信系統存儲更多的信息和資源，另外也不會因此而使得信息傳遞速度降低。在該技術運行時，它會對網絡階段和網絡終端間距進行協調和控制，使距離更加合理，以滿足用戶的信息要求。由于這種技術在運行時會受到來自自身的干擾，因此可以從節點結構等環節著手，通過對節點距離的調整，改變結構的形狀，使他們變成異型結構，這種情況下，結構也就具備了較高的抗干擾能力。在應用此種技術時，空間隨時會改變，這種技術的作用就會降低，因此，人們還要想辦法提高對這種技術的應用能力[3]。

3.3 其他關鍵技術

首先，D2D 通信技術。該技術的主要優點是通信距離長，技術消耗少，應用穩定，能夠使蜂窩網絡數據與各種通信設施實現遠距離連接。因此，需要對這種技術進行深入研究，以使5G 網絡通信技術更加成熟和完善。其次，毫米波通信技術。該技術的基礎是光波技術和微波技術，前者可實現低頻變化，后者可實現高頻變化，這兩類延伸變化為毫米波通信技術奠定了良好的基礎[4]。綜合看所有的通信技術，毫米波資源利用效率比較低，所以在應用這些技術時，應把研究的重點放在毫米波的資源利用上。此外，在信息傳輸過程中，對波長是有特定限制的，而信息傳輸效率的提高需要相應增加波長，如今的5G 通信技術雖然通過改變天線數量實現了這一目標，但技術人員還需要從源頭上解決問題，需要改進波長，提高傳輸效率。在5G 通信中，通常將毫米波技術和MIMO 技術同時使用，因此需要加強對毫米波技術的研究和探討，使得該種技術能夠真正成為5G 通信網絡的重點技術。

4 結論

本文對5G 通信網絡需求與發展技術進行分析，以供參考。