蔣冬磊

【摘要】5G無(wú)線通信技術(shù)是未來(lái)通信技術(shù)的重點(diǎn)和關(guān)鍵，隨著移動(dòng)終端設(shè)備的普及性應(yīng)用，多媒體數(shù)據(jù)傳輸量呈現(xiàn)激增態(tài)勢(shì)，相較于4G無(wú)線通信系統(tǒng)而言，5G無(wú)線通信系統(tǒng)具有更高的傳輸效率和更為寬廣的覆蓋面積。為此，要注重對(duì)5G無(wú)線通信系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，探析5G無(wú)線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，不斷推動(dòng)5G無(wú)線通信系統(tǒng)的完善和進(jìn)步。

【關(guān)鍵詞】5G無(wú)線通信系統(tǒng)；標(biāo)準(zhǔn)化；設(shè)計(jì)；關(guān)鍵技術(shù)

一、5G無(wú)線通信系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)劃設(shè)計(jì)分析

5G無(wú)線通信系統(tǒng)要能夠應(yīng)用于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的增強(qiáng)移動(dòng)寬帶、大連接物聯(lián)網(wǎng)、高性能物聯(lián)網(wǎng)等三大場(chǎng)景，滿(mǎn)足通信業(yè)務(wù)的部署場(chǎng)景的多樣化、靈活性需求。

（一）NR接入網(wǎng)架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

可以采用中心控制節(jié)點(diǎn)（CU）和分布節(jié)點(diǎn)（DU）的方式，滿(mǎn)足5G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的高吞吐量、低延遲、密集化部署需求，引入LTE和NR的雙連接方式，進(jìn)行接入網(wǎng)整體架構(gòu)和內(nèi)部分離架構(gòu)的設(shè)計(jì)。其中：接入網(wǎng)整體架構(gòu)由gNB和ng—eNB兩大節(jié)點(diǎn)組成，以gNB作為NR接入技術(shù)的基站，以ng—eNB作為E—UTRA接入技術(shù)連接5G核心網(wǎng)的基站，并通過(guò)Xn接口進(jìn)行連接。接入網(wǎng)內(nèi)部分離架構(gòu)主要采用Gnb—CU/gNB—DU分離的架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)的云化和虛擬化，較好地提升各節(jié)點(diǎn)間的資源協(xié)調(diào)和傳輸協(xié)同能力。同時(shí)，系統(tǒng)支持LTE與NR聯(lián)合組網(wǎng)的方式，提供完整的5G服務(wù)。

（二）NR空口設(shè)計(jì)

NR空口物理層信號(hào)傳輸架構(gòu)以4GLTE為基礎(chǔ)，支持靈活、動(dòng)態(tài)的TDD雙工方式，包括幀結(jié)構(gòu)和OFDM參數(shù)設(shè)計(jì)，支持基于時(shí)隙的資源調(diào)度，并采用靈活分級(jí)的帶寬設(shè)計(jì)、下行同步信道設(shè)計(jì)和上機(jī)隨機(jī)接入過(guò)程設(shè)計(jì)。同時(shí)，NR空口高層協(xié)議與物理層信號(hào)傳輸相匹配，實(shí)現(xiàn)空口無(wú)線數(shù)據(jù)的按序可靠傳輸，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制、無(wú)線資源高效管理、切換管理等功能。

（三）5G核心網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

5G核心網(wǎng)引入了網(wǎng)絡(luò)功能和服務(wù)的概念，借助于軟件化和虛擬化技術(shù)，靈活便捷地部署和演進(jìn)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)UE接入控制和移動(dòng)性管理，主要實(shí)現(xiàn)會(huì)話(huà)管理功能、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)功能、統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理功能、鑒權(quán)服務(wù)器功能、策略控制功能、網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放功能、網(wǎng)絡(luò)切片選擇功能。

二、5G無(wú)線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析

（一）大規(guī)模MIMO技術(shù)

5G無(wú)線通信系統(tǒng)采用多天線技術(shù)，利用其強(qiáng)大的分辨率，實(shí)現(xiàn)對(duì)空間維度資源的深入挖掘，確保多個(gè)用戶(hù)在同一頻率內(nèi)的通暢通信，有效解決小規(guī)模基站下的高頻譜信息傳輸問(wèn)題，體現(xiàn)出極強(qiáng)的抗干擾能力和數(shù)據(jù)傳輸能力，提升頻譜效率。具體來(lái)說(shuō)，大規(guī)模MIMO技術(shù)表現(xiàn)出如下優(yōu)勢(shì)性能：（1）信道容量增益。大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中的天線數(shù)量增加，可以縮減天線單元的間距，引發(fā)天線單元間更強(qiáng)的互耦效應(yīng)，大幅降低信道容量。相關(guān)的系統(tǒng)參數(shù)主要包括有：反向鏈路信道容量、前向鏈路信道容量。（2）頻譜效率。當(dāng)系統(tǒng)中的天線數(shù)量既定的前提下，可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)如：輻射功率、用戶(hù)數(shù)量、導(dǎo)頻序列的持續(xù)時(shí)間等，以有效提高系統(tǒng)的頻譜效率。

（二）雙公開(kāi)技術(shù)

5G無(wú)線通信系統(tǒng)可以在雙公開(kāi)技術(shù)的依托和支撐下，實(shí)現(xiàn)信息的同時(shí)傳輸和同頻率傳輸，在通信系統(tǒng)的每一端都設(shè)置發(fā)送器和接收器，同步進(jìn)行兩個(gè)方向的信號(hào)數(shù)據(jù)的傳送，不會(huì)出現(xiàn)因切換操作而引發(fā)的時(shí)間延遲現(xiàn)象，適用于遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)的交互式應(yīng)用。

（三）綠色通信技術(shù)

5G無(wú)線通信系統(tǒng)在信息傳輸?shù)倪^(guò)程中，必然會(huì)產(chǎn)生能量的消耗問(wèn)題，必須加大對(duì)綠色通信技術(shù)的研究，注重能源利用率與通信頻譜效率之間的平衡與協(xié)調(diào)關(guān)系，為ICT行業(yè)打造綠色、低碳的未來(lái)。為此，電信系統(tǒng)要統(tǒng)一部署加強(qiáng)節(jié)能減排，完善蓄電池回收處理機(jī)制，避免對(duì)因報(bào)廢蓄電池處理不當(dāng)而引發(fā)的直接污染。同時(shí)，還要注重選擇無(wú)噪聲、無(wú)電磁輻射、無(wú)污染物生成的光纖光纜和傳輸設(shè)備，打造環(huán)保的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。

（四）毫米波高頻段通信技術(shù)

鑒于頻譜資源極其有限的現(xiàn)狀，要在5G無(wú)線通信系統(tǒng)中引入毫米波高頻段通信技術(shù)，以波頻段在30GHz—300GHz、波長(zhǎng)在1—10mm的毫米波作為信息傳輸?shù)耐ㄐ泡d體，體現(xiàn)出帶寬高達(dá)273.5GHz、波束窄、探測(cè)能力強(qiáng)、安全保密性好、傳輸質(zhì)量高、全天候通信的特點(diǎn)。具體應(yīng)用包括有：（1）毫米波地面通信。可以利用多跳的毫米波接力（中繼）通信，提高信號(hào)傳輸速率、帶寬和坦。（2）毫米波衛(wèi)星通信。同時(shí)，在應(yīng)用毫米波高頻段通信技術(shù)的過(guò)程中，要考慮到毫米波在大氣中傳播時(shí)的散失現(xiàn)象，因而目前僅適用于短波通信，有待進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化。另外，由于毫米波通信系統(tǒng)與MIMO通信系統(tǒng)不相匹配，為此要引入混合波束成形的概念，利用數(shù)字域波束成形和模塊域波成形的理念，實(shí)現(xiàn)5G通信系統(tǒng)的應(yīng)用和推廣。

三、小結(jié)

綜上所述，5G無(wú)線通信系統(tǒng)基于靈活動(dòng)態(tài)的TDD信號(hào)傳輸進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，構(gòu)建5G無(wú)線通信系統(tǒng)的新型接入網(wǎng)架構(gòu)和核心網(wǎng)架構(gòu)，提升系統(tǒng)移動(dòng)寬帶能力，使之較好地應(yīng)用于多樣化的場(chǎng)景，滿(mǎn)足通信業(yè)務(wù)的快速發(fā)展需求。同時(shí)，要深入分析系統(tǒng)關(guān)鍵性技術(shù)，提高頻譜資源利用率，擴(kuò)展系統(tǒng)容量，為人們帶來(lái)更大的便利。