5G移動通信網絡關鍵技術研究

陳建強

廈門華絡通信設計有限公司，福建 廈門 361000

0 引言

社會經濟的飛速發展帶動了我國通信信息技術的發展，這為各行各業經濟活動帶來了很多技術上的支持，同時滿足了現代人們對互聯網絡的實際需求，可以提高工作質量和效率。尤其是當前的通信網絡發展呈現出大規模、高可靠、低延時的特點，這使得5G移動通信技術已經發展為全新的商業模式，為新興產業的發展提供了全新動力，促進了網絡智能化、數字化的轉型與升級。

1 5G移動通信網絡概念及特點

5G移動通信網絡以無線網絡演進為依據，真正貼合用戶的需求進行網絡平滑過渡等技術升級。5G移動通信網絡具有很多獨特的優勢，具體包括如下方面。（1）5G移動通信網絡在設計過程中，結合4G與5G基站耦合需求，并通過獨立組網架構，解決了NR頻段與非獨立組網端側LTE頻段存在的干擾問題。同時，無線網絡結合覆蓋能力，分析產業鏈發展、規避頻段組合干擾、綜合造價等需求，采用192振子、64端口確保大規模天線覆蓋[1]。（2）5G空口技術框架結合實際需求，對造價、設備功能、頻段、性能、場景進行最優組合，優化參數配置，能夠定制業務，確保技術方案的適用性，還能夠靈活應對5G技術下的新業務與新場景，滿足網絡兼容問題。（3）5G網絡涵蓋了多項關鍵技術，包括轉發云、控制云、接入云等，能夠確保不同無線制式的高效接入，并可以通過云轉發集中控制網絡資源，提高數據轉發的靈活性，提高海量數據傳輸的可靠性與高效性。

2 5G移動通信網絡關鍵技術

2.1 D2D技術

5G移動通信網絡包含很多技術種類，D2D是其中之一。該技術主要是通過對補充蜂窩系統的有效利用所產生的一個技術種類，它是兩個對等用戶節點間的通信方式，每個用戶節點都能在由D2D通信用戶組成的分布式網絡中接收或發送信號，并能實現消息的轉發功能。基于D2D技術，網絡參與者可以對其擁有的硬件資源進行共享。D2D技術具有網絡連接、存儲、信息處理的能力，共享資源在無須經過中間實體的情況下就可以直接被訪問，且在D2D通信網絡中，用戶節點可以同時完成客戶端及服務器的角色，用戶可以根據形態意識自主構建一個實際或虛擬的群體[2]。D2D技術原理圖如圖1所示。

圖1 5G移動通信網絡D2D技術

2.2 SDN/NFV技術

SDN/NFV技術也是5G移動通信網絡技術中的一種，該技術不同于傳統網絡技術，它的優勢較多，如操作靈活，工作人員能夠運用此技術提高工作質量和效率，同時該技術的設備也比較簡單，能夠在滿足經濟活動需求的同時，更好地管理無線資源。其中的SDN核心技術為核心網絡的創新發展提供了良好的發展平臺，其利用OpenFlow分離了網絡設備控制面與數據，能夠靈活控制網絡流量，提高網絡管道的智能性；而NFV技術通過基于行業標準的X86交換設備、存儲及服務器，可替換通信網絡中的一些專用網絡元件設備。SDN/NFV技術原理圖如圖2所示。

圖2 5G移動通信網絡SDN/NFV技術

2.3 超密集異構網絡技術

超密集異構網絡技術是5G移動通信網絡關鍵技術之一。相關數據表明，采用傳統移動通信網絡技術，工作人員主要是利用增加站點部署密度的方式進行管理，這種落后的方法已不能滿足行業發展需求。比如，采用傳統層面的無線物理層技術，包括多址技術、調制技術、編碼技術、MAC等，只能提升10倍的頻譜效率，這無法滿足5G的需求。采用超密集異構網絡技術，是將低功率超大規模節點引入網絡，以此增加網絡覆蓋、消除盲點、增強熱點，有效提升系統容量。而且，這也實現了多層立體異構網絡，對傳統的扁平單層宏網絡覆蓋實現了突破，并通過增加信道數和小區數，確保成倍提升容量，并能使超密集組網具有更高效的頻率復用和更靈活的網絡部署。

2.4 天線技術

大多數信號接收端與發送端都是通過天線來接收和發送信號的，天線技術是在MIMO條件下形成的一個技術種類。為了滿足超高的傳輸需求，5G終端支持多天線技術，且引入了Massove MIMO技術和Beamforming技術。在5G頻段中，高頻有毫米波頻段，中低頻有Sub-6 GHz頻段或700 MHz頻段，頻段跨度大表示天線也應有較強的跨度，這會提高5G終端天線設計布局的合理性。對于5G天線技術，應做好天線功耗控制，可利用新工藝材料可靠性強、耐用性強、易安裝性強的特點優化天線設計，從而減慢電池消耗速度。同時，應做好天線整合設計，以降低空間占用率，提高散熱性，降低系統功耗；還可以利用天線與無線模組整合的方式，發揮定制天線的集成能力。

2.5 傳輸波形技術

傳輸波形技術包括FBMC技術、RB-OFDM技術、UFMC技術。（1）FNMC作為一種表現優良的原型濾波器被提出，在FBMC中若同一頻率上相鄰符號的子載波上攜帶的信號交替出現虛數與實數，說明相鄰符號間的干擾會被消除[3]。（2）RB-OFDM技術是以子帶為基礎的一種波形處理方式，其作用在于抵抗多徑干擾，在添加CP后進行上采樣。上采樣在時域進行，在每個時域復數點樣間添加（Q-1）個“0”，并以頻譜被壓縮周期化的方式體現。RB-OFDM技術由于使用了濾波器，降低了外帶輻射，減小了保護寬帶的設置寬度。（3）UFMC技術是一個簡單的發射機系統，傳輸寬帶包括B個子帶，且每個子帶又包括若干個連續子載波，信號通過一個N點的IDFT完成時域與頻域的轉換。在接收端通過加零操作，構建一個FFT的2N點，可提取數據信息，并通過信道估計后重新恢復原始符號數據。

2.6 頻譜擴展技術

在5G移動網絡模式不斷發展和應用的當前社會背景下，頻譜擴展技術的應用逐漸普及，具備較強的優勢特點。這種技術的發展和全面應用主要基于認知無線電技術、毫米波通信技術、可見光通信技術及能效提升技術四項核心技術，進而全面促進5G移動網絡模式的優化及完善。頻譜拓展技術的不斷發展和更新，對5G移動通信的發展起到了較強的推動性作用，既可全面保障原有通信技術的基礎優勢特點，也可以在其基礎上不斷延伸和拓展，將更加多樣的優勢因素滲透其中，從而促進實現5G通信網絡進一步發展和強化的根本目標。首先，認知無線電技術及其認知功能的發展為無線通信的強化帶來了較強的推動作用，進一步提高了無線通信服務的效率及質量，同時在保障其功率和基本動態參數的前提條件下，體現了5G移動通信網絡的多方面優勢特點。與此同時，在頻譜擴展技術應用過程中，可以全面突破以往的微波頻段資源短缺問題，充分利用毫米波通信技術，不斷強化通信容量，促進緩解頻譜資源緊張的問題。在當前階段移動通信用戶不斷增長的背景環境下，為了全面保障5G通信網絡的科學應用可以滿足視頻及多媒體應用的根本需求，可見光通信技術充分發揮了其寬頻普及高保密性的特點，不僅全面降低了基礎成本，還充分體現了其實用性及廣泛性特點。另外，在頻譜擴展技術的不斷發展過程中，能效提升技術的應用是不可或缺的。在能效提升、技術科學應用及不斷更新發展的過程中，可以全面突破傳統通信技術的不足，充分解決能效管理過程中常見的問題，同時可以保障跨網資源不斷優化配置，推動實現降低數據傳輸成本，提高運行效率的發展目標。

3 結束語

綜上所述，5G移動通信網絡關鍵技術是在4G基礎上建立的，它保留了4G原有的優勢，又衍生出許多新技術，尤其對多項關鍵技術實現了突破，解決了傳輸延時、容量小、速率慢的問題，也體現了其應用性、綜合性、系統性的特點。