5G移動通信網絡架構與關鍵技術要點

王海峰，周 雷

（中通服咨詢設計研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

1 5G移動通信網絡及其特點

1.1 5G移動通信網絡概述

近年來，隨著我國綜合實力的顯著提升，國家在5G移動通信網絡方面的投入逐年增加。5G移動通信技術是在4G通信技術的基礎上發展起來的，具有更高的傳輸效率。在信息傳輸過程中，5G移動通信技術可以提供更穩定且安全的網絡環境，提高網絡資源的利用率[1]。5G移動通信技術各方面的優勢使其成為改變我國移動互聯的關鍵技術，具有很大的發展潛力。

1.2 5G移動通信網絡的特點

5G移動通信網絡下的網絡平均吞吐率和移動數據傳輸速率等都更快。隨著5G移動通信技術的發展，與其相關的移動互聯業務也有所增多。在5G移動通信相關業務中融入人性化設計理念，可以為人們提供更好的網絡服務[2]。傳統移動通信領域，物理層傳輸和信息編譯碼等是關鍵技術，但這些技術存在一定的限制，而5G移動通信網絡可以突破這些技術限制，在多點、多用戶以及多天線等方面進行創新，從而增強了網絡穩定性，提升傳輸速率[3]。5G移動網絡的應用場景如圖1所示。

圖1 5G移動通信網絡的應用場景

2 5G移動通信網絡架構

2.1 網絡部署場景

雖然5G移動通信網絡技術比4G技術更快、更可靠，但是二者的網絡部署場景卻高度相似。實際應用中，5G移動通信網絡多為室內和室外應用模塊。從以往業務流量統計來看，室內流量消耗較大，占據移動寬帶（Mobile Broad Band，MBB）的80%，甚至更高[4]。網絡部署時，室內覆蓋效果和室內容量等都是需要重點考慮的室內條件。比如，某小型熱點區域為獲得最佳的網絡效果，在室外相關位置設置微基站，將該微基站作為5G信號的來源，保障信號的全面覆蓋[5]。再比如，以大型室內建筑為研究對象，為保障室內場景的全覆蓋，運營商應將DAS系統設計作為主要工作，擴大信號覆蓋面。

為保障室外場景部署的合理性，相關人員在部署過程中應重點關注網絡傳輸速率和最大覆蓋范圍。室外場景多指商業場所、建筑較高且密集的樓宇以及人口密度較大的小區等，不同場景的布設要求有所不同，工作人員可以利用MIMO天線技術或分布式基站等方式來保障部署的合理性[6]。

2.2 接入網

接入網包含了不同的方面，一是以當下技術為基礎的多網制式融合，二是以實際情況為基準建設專有網絡基站，保障虛擬資源的合理有效分配，三是對信息邊緣的緩存與傳遞[7]。單一無線控制器是5G接入網實現過程中的重要設備。針對5G移動網絡信息邊緣的緩存與傳遞，為保障接入網設置的合理性，應給予足夠的柔性操作空間支持。由于無線接入網在多數情況下被直接開放給第三方服務商，因此服務商設計無線接入網時具有更高的靈活性，能夠以實際需求為基準，適當優化網絡條件，從而為網絡用戶提供良好的網絡服務。

2.3 核心網

為保障5G移動通信網絡架構的科學性，需重視核心網設計。當前，核心網設計技術日漸成熟，呈現出向分離式架構變化的趨勢。核心網設計中，融入NFV云原生能力，可以有效分離開各種網絡功能。網絡建設時融入模塊化和軟件化設計思路，可以有效保障分離效果，同時用戶面與控制面的分離設計，使得用戶在使用網絡資源時受到相對較小的限制。

3 關于5G移動通信關鍵技術要點的分析

3.1 MIMO技術

多輸入多輸出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）技術在5G移動通信領域的應用，有效保障了信息傳輸的高效性。MIMO技術支持信號發射站實現多個無線通信系統的無線信號發送和接收，通過對信號的統一整合與加工就能復原原始數據[8]。傳統移動通信網絡數據傳輸過程中采用更多的是單天線傳輸方式，傳輸的整體效率偏低。而MIMO技術利用大規模天線陣列形成相對理想的用戶波束，根據網絡需求合理調節該波束來匹配信號傳輸位置。這種傳輸方式的傳輸效率和匹配精度都較高，技術原理如圖2所示。

圖2 MIMO技術工作原理

3.2 D2D技術

近年來，隨著5G網絡覆蓋范圍的逐步擴大，原先的無線通信技術難以滿足當下的需求，D2D技術的出現恰好解決了5G移動網絡的覆蓋問題。這一技術從用戶的角度出發，通過考慮用戶需求，優化移動網絡結構，為用戶提供更為良好的服務。終端用戶與網絡的負載分流，大大降低了移動網絡使用時的能源消耗[9]。

3.3 超密集網絡技術

超密集網絡技術是5G移動通信網絡的關鍵技術，它可以通過提高移動通信網絡的容量，來獲得更高的運行效率。超密集異構網絡主要是通過控制網絡節點與網絡終端之間的距離來優化移動網絡結構。常規的超密集結構中存在嚴重的自干擾問題，再加上各節點之間的距離較近，為克服這些問題，需要利用異型結構來處理[10]。另外5G移動網絡收發端的天線數量較多，為滿足移動通信需求，需采用合適的組網方式和無線資源管理方法。此外，因為移動通信呈現出空間動態變化的特征，這一特征在不規則小區結構中表現得更為明顯，所以超密集網絡技術發展時，應盡可能地采取措施來提高通信網絡對空間動態變化的適應能力。

3.4 同時同頻全雙工技術

同時同頻全雙工（Co-frequency Co-time Full Duplex，CCFD）技術可以同步進行無線信號的發射和接收，將該技術應用在5G移動通信網絡領域可以提升無線通信鏈路的頻譜效率。根據實際應用結果，利用該技術的無線通信鏈路的頻譜效率是未利用此技術頻譜效率的兩倍。但應用同時同頻全雙工技術時，需注意異頻干擾和數據干擾等問題。

3.5 超寬帶頻譜技術

超寬帶頻譜技術同樣是移動通信網絡中的一個關鍵技術。移動通信項目中，為保障通信的高效性和便捷性，每間隔一段時間，工作人員就會根據相應的網絡通信需求來進行頻譜的升級與優化。5G技術作為移動通信領域的新技術，其應用場景具有多樣性，有效應用超寬帶頻譜技術，可以給通信提供足夠的寬帶通量，減少網絡系統中的異常干擾。

4 結 論

近年來，我國的5G移動通信網絡技術發展迅速，5G網絡的覆蓋范圍也在逐漸擴大。5G移動通信技術與常規的移動通信技術相比，它的網絡傳輸效率更高，傳輸速率更快。但為保障傳輸的便捷性、安全性以及高效性，還需加強對各個技術要點的研究。