廣東南方通信建設(shè)有限公司　唐郁嬋

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第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù)探討

廣東南方通信建設(shè)有限公司唐郁嬋

新一代智能終端發(fā)展迅速，在這樣的背景下，第四代一通通信網(wǎng)絡(luò)（4G網(wǎng)絡(luò)）在速率、頻譜以及容量等方面已經(jīng)難以滿(mǎn)足人們對(duì)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的需求，第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)（5G網(wǎng)絡(luò)）逐步發(fā)展起來(lái)。基于以上，本文從第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)概述入手，分析了其體系架構(gòu)，探討了其關(guān)鍵技術(shù)，旨在進(jìn)一步促進(jìn)第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和發(fā)展。

第五代移動(dòng)通信；網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)；關(guān)鍵技術(shù)

前言

隨著信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，人類(lèi)社會(huì)逐步進(jìn)入了信息時(shí)代，人們對(duì)新系通信的要求越來(lái)越高。在這樣的背景下，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)不再局限于人與人的信息傳輸，人與物、物與物的通信成為可能。社會(huì)對(duì)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)需求的爆炸式增長(zhǎng)對(duì)于第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)和發(fā)展有著積極的促進(jìn)作用，第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)將成為通信行業(yè)研究的熱點(diǎn)和焦點(diǎn)。對(duì)于第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，5G市場(chǎng)在業(yè)務(wù)類(lèi)型、終端設(shè)備以及應(yīng)用場(chǎng)景上都有著一定的創(chuàng)新，可以說(shuō)第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展充滿(mǎn)了未知，因此有必要探討第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的體系架構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù)，以此來(lái)引領(lǐng)第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。

1　第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)概述

4G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用提升了通信網(wǎng)絡(luò)的性能，但隨著新業(yè)務(wù)的出現(xiàn)及智能終端的發(fā)展，人們對(duì)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的要求日漸提升，4G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及4G技術(shù)越來(lái)越難以滿(mǎn)足用戶(hù)多樣化的通信業(yè)務(wù)需求和體驗(yàn)需求，在這樣的背景下，5G技術(shù)應(yīng)用而生。

第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)還處于研發(fā)階段，其發(fā)展趨勢(shì)主要包括以下兩個(gè)方面：①無(wú)線接入技術(shù)：第三代合作標(biāo)準(zhǔn)化組織研究中的重點(diǎn)為3G技術(shù)和4G技術(shù)，通信技術(shù)中已經(jīng)引入了不同種類(lèi)的無(wú)線局域網(wǎng)寬帶系統(tǒng)，頻分/時(shí)分和寬帶碼分多址演變?yōu)榱苏活l分多址接入，即OFDMA，而對(duì)于第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，為了改善資源的利用率，可能會(huì)采用NOMA技術(shù)，即非正交多址接入技術(shù)；②蜂窩覆蓋縮?。篜ico、Micro等小蜂窩技術(shù)不斷發(fā)展，在這樣的背景下，蜂窩覆蓋縮小成為了網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的重要趨勢(shì)，小蜂窩有著隨機(jī)部署的特點(diǎn)，為了提升傳輸速率和網(wǎng)絡(luò)容量，小蜂窩的密集分布是十分必要的，因此，第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)會(huì)是一個(gè)密集甚至超密集的網(wǎng)絡(luò)［1］；③異構(gòu)性：為了滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)無(wú)線數(shù)據(jù)速率的高要求，提升資源利用率，第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)會(huì)有著異構(gòu)性的特點(diǎn)，即使用不同技術(shù)特征接入點(diǎn)，使用覆蓋范圍不同的蜂窩。

2　第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)

2.1網(wǎng)絡(luò)部署場(chǎng)景模塊

在部署場(chǎng)景的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)采取區(qū)分處理的方式來(lái)處理室內(nèi)場(chǎng)景和室外場(chǎng)景，以大規(guī)模MIMO配備基站和分布式天線為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)室外場(chǎng)景的布置，在小區(qū)內(nèi)實(shí)現(xiàn)天線元件的分布式布置，通過(guò)光纖連接各個(gè)元件。對(duì)于移動(dòng)終端的部署來(lái)說(shuō)，可以將其到運(yùn)營(yíng)商核心網(wǎng)的連接進(jìn)行動(dòng)態(tài)改變，此外，為了提升室外場(chǎng)景的覆蓋率，可以進(jìn)行虛擬蜂窩的部署，實(shí)現(xiàn)對(duì)宏蜂窩的補(bǔ)充。對(duì)于室內(nèi)場(chǎng)景部署來(lái)說(shuō)，用戶(hù)需要與大型天線列陣室內(nèi)AP實(shí)現(xiàn)通信，以60GHz毫米波通信等短距離通信技術(shù)為基礎(chǔ)來(lái)提升傳輸速率，解決頻譜資源少的問(wèn)題［2］。

2.2接入網(wǎng)模塊

接入網(wǎng)是移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中的重要組成部分，對(duì)于第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，其接入網(wǎng)的設(shè)計(jì)有著以下幾個(gè)特點(diǎn)：

2.2.1異構(gòu)多接入技術(shù)融合

主要包括的異構(gòu)多接入技術(shù)有WiFi、LTE以及GSM等，通過(guò)單一無(wú)線控制器（SRC）來(lái)實(shí)現(xiàn)控制和操作，需要注意的是，對(duì)單一無(wú)線控制器有著一定的要求，首先，需要對(duì)單一無(wú)線控制器的現(xiàn)有接口進(jìn)行增強(qiáng)處理［3］；第二，需要單一無(wú)線控制器能夠向后兼容，第三，單一無(wú)線控制器不能對(duì)傳統(tǒng)NB、WiFi AP等空中接口產(chǎn)生影響。只有單一無(wú)線控制器滿(mǎn)足以上要求才能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)線資源利用率的提升，從而保證QoE接入網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一性，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理和Inter-RAT程序簡(jiǎn)化。

2.2.2基站資源虛擬化

對(duì)于集中式基站部署來(lái)說(shuō)，由SDR來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)基帶處理單元的基帶處理功能，實(shí)現(xiàn)原CRAN向基于實(shí)時(shí)云架構(gòu)虛擬化基站的演變，動(dòng)態(tài)調(diào)度頻譜資源，實(shí)現(xiàn)資源分配的集中控制。通過(guò)基帶處理單元與遠(yuǎn)端射頻單元的協(xié)調(diào)配合來(lái)實(shí)現(xiàn)多種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)功能的集成和統(tǒng)一。

2.2.3邊緣緩存和投遞

將內(nèi)容存儲(chǔ)能力和內(nèi)容分發(fā)能力下沉到接入網(wǎng)中，以用戶(hù)的感知為基礎(chǔ)，按照用戶(hù)的需求來(lái)進(jìn)行內(nèi)容推送，帶給用戶(hù)良好的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。

2.3核心網(wǎng)模塊

核心網(wǎng)能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化技術(shù)和SDN技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)變革的驅(qū)動(dòng)，對(duì)于第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，其核心網(wǎng)模塊有著如下特點(diǎn)：①實(shí)現(xiàn)控制和轉(zhuǎn)發(fā)的分離：對(duì)于SDN來(lái)說(shuō)，其屬于一種新興的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在SDN的控制平面中，通過(guò)集中式網(wǎng)絡(luò)控制器能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分離后流量的分配，可以將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面上的流量分配給各個(gè)網(wǎng)絡(luò)元件，這就能夠有效實(shí)現(xiàn)路由決策和拓?fù)涓兄戎匾δ埽?］；②邏輯與物理硬件分離：NFV屬于SDN的補(bǔ)充技術(shù)，其以IT虛擬化技術(shù)為基礎(chǔ)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)核心網(wǎng)設(shè)備的遷移，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)元功能從硬件向虛擬機(jī)平臺(tái)的移植，這就有效簡(jiǎn)化了硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)，提升了組網(wǎng)的靈活性，有效降低了組網(wǎng)成本。

3　第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)探討

3.1D2D通信技術(shù)

隨著社交網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，人們對(duì)近距離數(shù)據(jù)通信的需求呈井噴式增加，但就目前來(lái)看，蜂窩系統(tǒng)在功耗以及覆蓋等方面還有著一定的局限性，難以滿(mǎn)足業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)性方面的個(gè)性化需求，由此可見(jiàn)，對(duì)于第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，D2D通信技術(shù)的研究是至關(guān)重要的。D2D通信技術(shù)能夠支撐蜂窩通信，有效提升無(wú)線數(shù)據(jù)流量的增長(zhǎng)幅度，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛯?shí)時(shí)性。用戶(hù)對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)要求有著多樣化的特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)D2D通信技術(shù)的研究能夠滿(mǎn)足用戶(hù)多樣化的需求。

3.2大規(guī)模MIMO技術(shù)

MIMO技術(shù)指的是將多個(gè)天線放置在發(fā)送端和接收端，從而形成MIMO通信鏈路，通過(guò)天線的添加能夠有效提升無(wú)線信道的自由度，更多的對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行容納。4G網(wǎng)絡(luò)采用的是8端口多用戶(hù)MIMO，在能量效率和頻率效率兩方面已經(jīng)難以滿(mǎn)足要求，大規(guī)模MIMO技術(shù)的應(yīng)用就顯得至關(guān)重要了。大規(guī)模MIMO技術(shù)在第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用有著一些特點(diǎn)：

首先，從節(jié)點(diǎn)的角度來(lái)看，大規(guī)模MIMO技術(shù)有著可擴(kuò)展性的特點(diǎn)，打破了4G網(wǎng)絡(luò)某些方面不可擴(kuò)展的局限性，在上行導(dǎo)頻的過(guò)程中，利用時(shí)分雙工來(lái)估計(jì)信道，打破基站天線數(shù)量的限制［5］。

第二，大規(guī)模MIMO技術(shù)的應(yīng)用能夠產(chǎn)生新的部署和架構(gòu)，人們都在設(shè)想利用低增益諧振天線列陣來(lái)取代宏基站，而利用其它部署也可能實(shí)現(xiàn)，例如將共形天線列陣部署在大樓外墻上。

3.3綠色通信技術(shù)

相較于第四代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的處理技術(shù)智能化更強(qiáng)，這不僅能夠提升用戶(hù)體驗(yàn)，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)部署的節(jié)能效果。但需要注意的是，要想實(shí)現(xiàn)綠色通信，解決傳輸機(jī)制效率問(wèn)題是重中之重，在信息傳遞的過(guò)程中，需要新型的轉(zhuǎn)化節(jié)點(diǎn)和相關(guān)組件來(lái)支持信息傳遞系統(tǒng)，這將會(huì)是綠色通信技術(shù)未來(lái)研究的重要方向之一。

4　結(jié)論

綜上所述，本文簡(jiǎn)要分析了第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)，研究了其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的網(wǎng)絡(luò)部署場(chǎng)景、接入網(wǎng)以及核心網(wǎng)，并探討了大規(guī)模MIMO技術(shù)、D2D通信技術(shù)和綠色通信技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，旨在進(jìn)一步促進(jìn)第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和發(fā)展。

［1］余莉，張治中，程方，胡昊南. 第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù)［J］. 重慶郵電大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014，04:427-433+560.

［2］劉慧，李俠宇，朱浩. 未來(lái)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)及其關(guān)鍵技術(shù)研究［J］. 電信網(wǎng)技術(shù)，2015，12:30-34.

［3］畢倬. 第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù)［J］. 信息與電腦（理論版），2016，03:160+162.

［4］白娜，崔巧娜. 第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù)［J］.中國(guó)新通信，2016，07:90.

［5］崔磊，王慧瑩. 第五代移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)研究［J］. 黑龍江科學(xué)，2015，02:56-57.