5G移動通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)要點

王海峰，周 雷

（中通服咨詢設(shè)計研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

1 5G移動通信網(wǎng)絡(luò)及其特點

1.1 5G移動通信網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)方面的投入逐年增加。5G移動通信技術(shù)是在4G通信技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)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(shù)可以提供更穩(wěn)定且安全的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率[1]。5G移動通信技術(shù)各方面的優(yōu)勢使其成為改變我國移動互聯(lián)的關(guān)鍵技術(shù)，具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

1.2 5G移動通信網(wǎng)絡(luò)的特點

5G移動通信網(wǎng)絡(luò)下的網(wǎng)絡(luò)平均吞吐率和移動數(shù)據(jù)傳輸速率等都更快。隨著5G移動通信技術(shù)的發(fā)展，與其相關(guān)的移動互聯(lián)業(yè)務(wù)也有所增多。在5G移動通信相關(guān)業(yè)務(wù)中融入人性化設(shè)計理念，可以為人們提供更好的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)[2]。傳統(tǒng)移動通信領(lǐng)域，物理層傳輸和信息編譯碼等是關(guān)鍵技術(shù)，但這些技術(shù)存在一定的限制，而5G移動通信網(wǎng)絡(luò)可以突破這些技術(shù)限制，在多點、多用戶以及多天線等方面進(jìn)行創(chuàng)新，從而增強了網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性，提升傳輸速率[3]。5G移動網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場景如圖1所示。

圖1 5G移動通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場景

2 5G移動通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

2.1 網(wǎng)絡(luò)部署場景

雖然5G移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)比4G技術(shù)更快、更可靠，但是二者的網(wǎng)絡(luò)部署場景卻高度相似。實際應(yīng)用中，5G移動通信網(wǎng)絡(luò)多為室內(nèi)和室外應(yīng)用模塊。從以往業(yè)務(wù)流量統(tǒng)計來看，室內(nèi)流量消耗較大，占據(jù)移動寬帶（Mobile Broad Band，MBB）的80%，甚至更高[4]。網(wǎng)絡(luò)部署時，室內(nèi)覆蓋效果和室內(nèi)容量等都是需要重點考慮的室內(nèi)條件。比如，某小型熱點區(qū)域為獲得最佳的網(wǎng)絡(luò)效果，在室外相關(guān)位置設(shè)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(nèi)建筑為研究對象，為保障室內(nèi)場景的全覆蓋，運營商應(yīng)將DAS系統(tǒng)設(shè)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(guān)人員在部署過程中應(yīng)重點關(guān)注網(wǎng)絡(luò)傳輸速率和最大覆蓋范圍。室外場景多指商業(yè)場所、建筑較高且密集的樓宇以及人口密度較大的小區(qū)等，不同場景的布設(shè)要求有所不同，工作人員可以利用MIMO天線技術(shù)或分布式基站等方式來保障部署的合理性[6]。

2.2 接入網(wǎng)

接入網(wǎng)包含了不同的方面，一是以當(dāng)下技術(shù)為基礎(chǔ)的多網(wǎng)制式融合，二是以實際情況為基準(zhǔn)建設(shè)專有網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)實現(xiàn)過程中的重要設(shè)備。針對5G移動網(wǎng)絡(luò)信息邊緣的緩存與傳遞，為保障接入網(wǎng)設(shè)置的合理性，應(yīng)給予足夠的柔性操作空間支持。由于無線接入網(wǎng)在多數(shù)情況下被直接開放給第三方服務(wù)商，因此服務(wù)商設(shè)計無線接入網(wǎng)時具有更高的靈活性，能夠以實際需求為基準(zhǔn)，適當(dāng)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)條件，從而為網(wǎng)絡(luò)用戶提供良好的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

2.3 核心網(wǎng)

為保障5G移動通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的科學(xué)性，需重視核心網(wǎng)設(shè)計。當(dāng)前，核心網(wǎng)設(shè)計技術(shù)日漸成熟，呈現(xiàn)出向分離式架構(gòu)變化的趨勢。核心網(wǎng)設(shè)計中，融入NFV云原生能力，可以有效分離開各種網(wǎng)絡(luò)功能。網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時融入模塊化和軟件化設(shè)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(shè)計，使得用戶在使用網(wǎng)絡(luò)資源時受到相對較小的限制。

3 關(guān)于5G移動通信關(guān)鍵技術(shù)要點的分析

3.1 MIMO技術(shù)

多輸入多輸出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）技術(shù)在5G移動通信領(lǐng)域的應(yīng)用，有效保障了信息傳輸?shù)母咝浴IMO技術(shù)支持信號發(fā)射站實現(xiàn)多個無線通信系統(tǒng)的無線信號發(fā)送和接收，通過對信號的統(tǒng)一整合與加工就能復(fù)原原始數(shù)據(jù)[8]。傳統(tǒng)移動通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸過程中采用更多的是單天線傳輸方式，傳輸?shù)恼w效率偏低。而MIMO技術(shù)利用大規(guī)模天線陣列形成相對理想的用戶波束，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)需求合理調(diào)節(jié)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(shù)原理如圖2所示。

圖2 MIMO技術(shù)工作原理

3.2 D2D技術(shù)

近年來，隨著5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的逐步擴大，原先的無線通信技術(shù)難以滿足當(dāng)下的需求，D2D技術(shù)的出現(xiàn)恰好解決了5G移動網(wǎng)絡(luò)的覆蓋問題。這一技術(shù)從用戶的角度出發(fā)，通過考慮用戶需求，優(yōu)化移動網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，為用戶提供更為良好的服務(wù)。終端用戶與網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載分流，大大降低了移動網(wǎng)絡(luò)使用時的能源消耗[9]。

3.3 超密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

超密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是5G移動通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)，它可以通過提高移動通信網(wǎng)絡(luò)的容量，來獲得更高的運行效率。超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)主要是通過控制網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與網(wǎng)絡(luò)終端之間的距離來優(yōu)化移動網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。常規(guī)的超密集結(jié)構(gòu)中存在嚴(yán)重的自干擾問題，再加上各節(jié)點之間的距離較近，為克服這些問題，需要利用異型結(jié)構(gòu)來處理[10]。另外5G移動網(wǎng)絡(luò)收發(fā)端的天線數(shù)量較多，為滿足移動通信需求，需采用合適的組網(wǎng)方式和無線資源管理方法。此外，因為移動通信呈現(xiàn)出空間動態(tài)變化的特征，這一特征在不規(guī)則小區(qū)結(jié)構(gòu)中表現(xiàn)得更為明顯，所以超密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展時，應(yīng)盡可能地采取措施來提高通信網(wǎng)絡(luò)對空間動態(tài)變化的適應(yīng)能力。

3.4 同時同頻全雙工技術(shù)

同時同頻全雙工（Co-frequency Co-time Full Duplex，CCFD）技術(shù)可以同步進(jìn)行無線信號的發(fā)射和接收，將該技術(shù)應(yīng)用在5G移動通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域可以提升無線通信鏈路的頻譜效率。根據(jù)實際應(yīng)用結(jié)果，利用該技術(shù)的無線通信鏈路的頻譜效率是未利用此技術(shù)頻譜效率的兩倍。但應(yīng)用同時同頻全雙工技術(shù)時，需注意異頻干擾和數(shù)據(jù)干擾等問題。

3.5 超寬帶頻譜技術(shù)

超寬帶頻譜技術(shù)同樣是移動通信網(wǎng)絡(luò)中的一個關(guān)鍵技術(shù)。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(jù)相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)通信需求來進(jìn)行頻譜的升級與優(yōu)化。5G技術(shù)作為移動通信領(lǐng)域的新技術(shù)，其應(yīng)用場景具有多樣性，有效應(yīng)用超寬帶頻譜技術(shù)，可以給通信提供足夠的寬帶通量，減少網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的異常干擾。

4 結(jié) 論

近年來，我國的5G移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展迅速，5G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍也在逐漸擴大。5G移動通信技術(shù)與常規(guī)的移動通信技術(shù)相比，它的網(wǎng)絡(luò)傳輸效率更高，傳輸速率更快。但為保障傳輸?shù)谋憬菪浴踩砸约案咝裕€需加強對各個技術(shù)要點的研究。