5G通信技術背景下物聯網應用發展窺探研析討論

黃旭鳳

（中國聯合網絡通信有限公司茂名市分公司，廣東 茂名525000）

1 5G無線接入和網絡架構關鍵技術

5G無線接入關鍵技術主要有以下幾種：①大規模天線陣列技術。該技術增加了天線端口數量，可以方便眾多用戶同時同步進行數據傳輸。應用3D-MIMO技術，可以同時在垂直與水平方向完成數據的輸入輸出[1]。②全頻譜介入技術。該技術增設了超過6 GHz的高頻段，使混合組網同時具備高低頻，應用6 GHz以下的低頻段達到無縫覆蓋的效果，超過6 GHz的高頻段則用于提升位于熱點區域的速率[2]。③新型多載波技術。新型多載波本質是一段子載波長度，可以提高配置的靈活性，提升頻譜效率。當前發展較為成熟的有華為旗下的空口波形技術F-OFDM、中興研發的FB-OFDM新型多載波技術。④終端直連技術。該技術可以實現不同終端通信的銜接，使基站負擔相應減輕，避免出現較大通信時延[3]。

5G網絡架構關鍵技術主要有以下幾種：①網絡切片技術。網絡切片基本版本是VPN，也就是虛擬專用網絡，通過SDN對流量頂層進行設計，在復雜性相對較強的環境下，加強網絡側整體接入性能。②邊緣計算MEC。通過本地計算與存儲的方式，實現對信息的快速響應，提高傳輸速度，使業務時延進一步降低，防止為遠程傳輸帶來較大壓力。

2 邊緣云和5G網絡融合部署

邊緣云作為一種新型開放平臺，融合了計算與存儲等多項功能，可以實現優化數據、保護隱私等多種功能，作為就近計算概念的一種，可以將計算能力帶到網絡邊緣。這樣數據就無需向集中云上傳，減少了等待時延，也減少了網絡帶寬的壓力，可以加快用戶需求的響應速度。

為達到5G萬物互聯的效果，運營商在確定核心網設計模型的問題上，主要以CT思路為基礎，也就是服務化架構。未來5G給予服務化的架構，將支持控制面與用戶面兩者之間的分離，在部署上更加靈活，實現網絡功能相互之間的交叉，進一步弱化接入網等功能。這種服務化架構設計模式優勢較為明顯，可以實現對網絡資源的高效利用，提高網絡能力，加快網絡架構更迭的速度。

引入虛擬化技術過后，實現了傳統核心網網元的軟硬件解耦。3GPP定義的服務化結構，拆分網絡功能整體，為不同自管理、自包含的網絡功能服務，互相之間能夠解耦，也能獨立升級、獨立彈性，而且標準接口和網絡功能服務，可以實現互通，可以基于不同需求，通過編排工具進行實例化部署。在服務化架構中，網絡元素較多，例如AMF、SMF等，每個網絡元素都能相互之間快速交互，基于業務需求進行優化，這和4GEPC架構的工作方式相比，靈活性優勢更加明顯。

傳統核心網網元之間的通信為點對點模式，這同樣是一種互相耦合的模式。在5G核心網架構之下的網路功能服務，這種通信機制將向生產者、消費者模式進行解耦，生產者不會在意消費者的身份和位置，消費者也一樣，在通信雙方接口解耦方面，適用性較強。

3 5G基站節能降耗技術

在5G通信技術快速發展的時代背景下，如果想要提高技術應用水平，實現5G通信技術與物聯網相結合的長遠發展，一定要重視5G通信技術產生的能耗問題。運用5G技術進行海量數據的傳輸和接收，產生的高能耗也將加劇通信行業問題。在能耗構成方面，基站設備能耗占比較高，因此建設基站時，應當重視5G基站節能降耗技術的應用。具體而言，主要有以下三種類型的技術。

3.1 硬件節能技術

硬件節能技術主要包含以下方面：①對硬件架構設計進行優化，使硬件能效水平得以提升。5G協議和功能在不斷成熟發展的同時，應用ASIC專用芯片替代FPGA高功耗器件，使硬件平臺集成度和性能進一步提高，降低了設備基礎功率。②提高半導體工藝演進速度，進一步提升硬件集成度。現階段，基站設備普遍應用14 nm或28 nm技術，發展過后，會應用10 nm或7 nm技術，芯片工藝進步的同時，也會出現功耗下降的情況。③應當重視新技術和新材料的引入，使功放效率全面提升。例如，應用漏壓調節，或者GaN等技術，對PA設計進行優化，使設備功率利用率得以提升。

3.2 軟件節能技術

軟件節能技術包含符號關斷、通道關斷等特性。其中，符號關斷特性主要是通過不連續發射功放，使AAU功耗降低。若AAU檢測到在下行符號發送時，若沒有發送數據，將關閉功放；若符號周期內出現數據調度情況，功放會進入工作狀態，不會對網絡性能產生任何影響。符號關斷比例和基站調度方式息息相關，為實現節能效果的提升，可以優化調度算法，在特定符號內集中用戶數據，在空閑符號比例增加的前提下，實現符號關斷節能效果的增強，進而達到關斷智能化符號的目的。

通道關斷等特性在AAU設備上應用較多，在業務量變化的基礎上，對一些射頻通道進行休眠操作，達到節能的目的。若增加業務量，則應將處于關閉狀態的通道全部打開，向多通道發射狀態發射。通道關斷之后，因為減少了AAU射頻通道數量，基站覆蓋能力也會因此受到較大影響。為全方位為網絡性能的穩定性提供保障，在關閉通道時，應當將控制信道發射功率提高，并開啟上行接收通道，防止接入終端時受到影響。中興和華為的平均功耗對比如表1所示，由表1可以看出，無論是空載還是滿載，BBU功耗都不會相差太多；而AAU功耗則包含靜態和共臺功耗兩個方面，靜態功耗主要與設備硬件性能緊密相關，和業務負荷關系不大，而動態功耗則會緊隨業務負荷波動，出現較大變化時，業務負荷越高，功耗就會越大。

表1 中興和華為的平均功耗對比

3.3 基于AI的智能節能技術

該技術的實現流程，主要包含以下環節：①基站設備制式和頻段不同，會通過網管接口將各種業務性能數據傳輸至網管平臺；②AI平臺會持續獲取來源于網管平臺的業務性能數據，通過機器學習的方式深入分析數據，在分析結果基礎上，對節能基站進行識別，促進節能策略的生成；③AI平臺向節能基站下發節能策略，使基站進入節能狀態；④在業務負荷變化的前提下，AI平臺會對網絡性能和節能效果進行實時評估，對節能策略進行針對性調整優化，提升節能效果。

4 5G基站節能降耗技術應用策略

基站節能降耗的實現，需要借助硬件節能技術，該技術可以在節能方面取得較為明顯的效果，可以同時降低AAU與BBU的能耗，改善基站能效水準。實現硬件節能，既需要5G關鍵器件較為成熟，還需要基站硬件架構演進達到一定程度，這也是硬件節能技術應用需要時間周期的原因。與之相對的，軟件節能技術則主要可以減少AAU動態功耗，對BBU功耗沒有較大影響。通常情況下，基站負荷越低，節能效果就會越明顯。另外，節能效果同樣和節能參數息息相關，節能特性生效時間越長，節能增益也會更加明顯。實際應用層面，可以視節能場景不同，對參數進行配置，提高節能需求的差異化程度。基于4G網絡打底覆蓋，開啟5G小區關斷特性，顯著降低5G網絡能耗，未來應結合5G業務特征，與AI技術高度結合，應用通道關斷等節能特性，提高軟件節能水平。AAU內部原理如圖1所示。

圖1 AAU內部原理

5 結束語

綜上所述，從業人員應當重視提升5G通信技術應用的科學性，強化5G通信技術和物聯網技術的應用，并通過降低5G基站節能降耗技術的應用，減少能耗，為物聯網技術發展注入新活力，促進5G技術和物聯網技術可持續發展。5G基站節能可以從硬件和軟件兩方面實現，不僅可以通過引入新材料、新技術，還可以通過通道關斷、符號關斷等形式，減少AAU閑時能耗。未來可以基于軟件節能特性，達到優化和增強的作用，實現5G技術的智能化發展。