馮毅

摘 要：文章指出5G移動(dòng)通信技術(shù)建立在4G的基礎(chǔ)上，不僅保留了4G通信技術(shù)原有的優(yōu)勢(shì)，還產(chǎn)生出多種新型技術(shù)。5G移動(dòng)通信息網(wǎng)絡(luò)突破了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，體現(xiàn)出系統(tǒng)性、綜合性、應(yīng)用性的特點(diǎn)，在通信網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮著決定作用，推動(dòng)了多個(gè)行業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：5G通信;通信網(wǎng)絡(luò);關(guān)鍵技術(shù)

0 引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，通信網(wǎng)絡(luò)與社會(huì)發(fā)展的聯(lián)系更加緊密，移動(dòng)通信網(wǎng)的發(fā)展也催生出各種新型的行業(yè)。當(dāng)前通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向是低時(shí)延、高可靠、大規(guī)模，可以滿足垂直行業(yè)客戶的新型需求，提供定制化的業(yè)務(wù)[1]。當(dāng)前已趨于成熟的5G移動(dòng)通信技術(shù)可以創(chuàng)造出新型的商業(yè)模式，將全面推動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化升級(jí)，可以為戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)提供新的動(dòng)力。

1 5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)選擇了更加科學(xué)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)策略，技術(shù)方案綜合考慮了用戶需求、后續(xù)技術(shù)升級(jí)、網(wǎng)絡(luò)平滑過(guò)渡等。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)需綜合考慮到了覆蓋能力、綜合造價(jià)、規(guī)避頻段組合干擾以及產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的需要。5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先采用了獨(dú)立組網(wǎng)，采用了64端口、192振子網(wǎng)以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模天線覆蓋。網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)也考慮到了4G與5G基站耦合的需要，對(duì)非獨(dú)立組網(wǎng)終端側(cè)LTE頻段與NR頻段存在的干擾問(wèn)題，選擇了獨(dú)立組網(wǎng)架構(gòu)。

5G空口技術(shù)框架結(jié)合場(chǎng)景、性能、頻段、設(shè)備功能、造價(jià)等，依據(jù)需要實(shí)現(xiàn)技術(shù)的最優(yōu)組合，參數(shù)的優(yōu)化配置，保證空口技術(shù)方案的適用性，業(yè)務(wù)可以定制化，可以靈活應(yīng)對(duì)5G技術(shù)下的新場(chǎng)景與新業(yè)務(wù)對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的需求，兼容問(wèn)題得以有效滿足解決[2]。

5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包括了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，如接入云、控制云、轉(zhuǎn)發(fā)云。借助接入云，可以保證多種無(wú)線制式的高效接入，可以對(duì)無(wú)線接入點(diǎn)實(shí)施系統(tǒng)化的控制，有有效適應(yīng)多種回傳鏈路，保證了無(wú)線資源利用率，無(wú)線資源管理更加高效;控制云實(shí)現(xiàn)了會(huì)話控制的高效，可屏蔽網(wǎng)絡(luò)存在的開(kāi)放接口，有利于保證業(yè)務(wù)的部署效果;借助轉(zhuǎn)發(fā)云，能對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源加以集中控制，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)更具有靈活性，海量數(shù)據(jù)傳輸可以保證高效與可靠。

2 5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)借助的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 借助覆蓋增強(qiáng)技術(shù)

針對(duì)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，覆蓋增強(qiáng)技術(shù)針對(duì)密集條件下異構(gòu)組網(wǎng)以及云后臺(tái)。有統(tǒng)計(jì)表明，通信技術(shù)在第1代到第4代的發(fā)展中，通過(guò)密集異構(gòu)組網(wǎng)可以降低小區(qū)半徑，這種方式有利于保證頻譜效率增益效果。這也表明縮小小區(qū)半徑來(lái)提升頻譜資源的空間復(fù)用是未來(lái)通信發(fā)展的趨勢(shì)，也是保證業(yè)務(wù)功能得以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)之一。傳統(tǒng)的通信技術(shù)采用降低小區(qū)半徑來(lái)實(shí)現(xiàn)分裂，小區(qū)覆蓋范圍如果減小，難以得到最有效的站點(diǎn)位置，難以進(jìn)行后續(xù)的分裂。5G技術(shù)針對(duì)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，借助宏站與低功率基站實(shí)現(xiàn)覆蓋，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)可以兼容CDMA，LTE 等，站點(diǎn)密度的增加使得節(jié)點(diǎn)間距離減少，不同網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)距離可以更近，保證了網(wǎng)絡(luò)通信 中的頻譜效率與容量。5G技術(shù)依托中心式云后臺(tái)。這一技術(shù)使得云服務(wù)運(yùn)營(yíng)方式更加靈活、安全、可靠。中心式云后臺(tái)的應(yīng)用采用了標(biāo)準(zhǔn)化的方式，可以保證增值服務(wù)的高效，對(duì)于用戶終端來(lái)說(shuō)，能獲得更多的應(yīng)用領(lǐng)域，5G網(wǎng)絡(luò)的利用率得以提升。針對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全，5G技術(shù)借助了量子密碼學(xué)來(lái)完成云控制計(jì)算。采用中心式云后臺(tái)還以提升資源的利用率，降低物理層面存儲(chǔ)支出，縮減存儲(chǔ)器代理費(fèi)用。覆蓋增強(qiáng)技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在，廣域覆蓋通信場(chǎng)景的應(yīng)用將業(yè)務(wù)的連續(xù)性、安全性作為目標(biāo)，可以實(shí)現(xiàn)100 Mbit/s以上無(wú)縫接入。

2.2 借助頻效提升技術(shù)

2.2.1 天線技術(shù)

在MIMO條件下，信號(hào)接收端與發(fā)送端通過(guò)大范圍的天線部署來(lái)實(shí)現(xiàn)接收和發(fā)送，天線數(shù)量會(huì)增加到幾百根，由于天線的增加，而頻譜資源不增加，這導(dǎo)致總功率耗損增加，因此需要增加信道容量，以提升吞吐量與可靠傳送距離，保證通信可靠。5G時(shí)代的移動(dòng)通信應(yīng)用了大規(guī)模的MIMO，線性預(yù)編碼的應(yīng)用與信號(hào)檢測(cè)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，能降低傳輸噪聲與信號(hào)快速衰落存在的影響，保證小區(qū)內(nèi)不受到干擾。MIMO技術(shù)應(yīng)用于節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展與傳輸部署具有優(yōu)勢(shì)，因此推動(dòng)了5G 網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。

由于節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展技術(shù)得以應(yīng)用，可以發(fā)揮4G通信網(wǎng)絡(luò)的作用，借助定向天線來(lái)消除限制因素的影響。在信號(hào)傳播中，角度會(huì)不定向加以擴(kuò)散，擴(kuò)展等級(jí)受到影響。由于應(yīng)用了大規(guī)模 MIMO，基站天線原有的陣列不會(huì)受到空間與時(shí)域改變的影響，特別是上行導(dǎo)頻為時(shí)分雙工估計(jì)信度，5G傳輸?shù)靡员ＷC。采用了新型的部署和框架，利用低增益諧振天線陣列取代原有的基站，部署天線陣列更具有靈活性。

2.2.2? 傳輸波形技術(shù)

高速無(wú)線通信中的傳輸模式WiFi與LTE采用了OFDM，區(qū)別于原有的 FDM 模式，提升了頻譜利用率，抗頻率可利用FFT/IFFT模塊，易于操作。OFDM作為5G傳輸?shù)暮诵牟ㄐ渭夹g(shù)，性能參數(shù)可以保證。

5G結(jié)合不同場(chǎng)景的特點(diǎn)采用了相應(yīng)的傳輸技術(shù)來(lái)滿足信號(hào)差異化的需求，濾波器組通過(guò)多載波能有效提升物理頻譜利用效果，可以在不同頻譜條件下實(shí)現(xiàn)共享。傳統(tǒng)模式下，采用OFDM難以實(shí)現(xiàn)同步載波，會(huì)存在干擾，濾波器組借助多載波能實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步，消除載波間存在的干擾，信道的性能得以提升。

2.2.3? 非正交多址接入技術(shù)

頻譜效率與鏈接用戶是保證通信的關(guān)鍵，5G網(wǎng)絡(luò)的等級(jí)得以提升，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)具有了高速超寬帶、低時(shí)延的特點(diǎn)。由于非正交多址接入技術(shù)的應(yīng)用，增加了功率域，這導(dǎo)致了用戶路徑損耗能復(fù)用。功率域從單用戶發(fā)展到現(xiàn)有的多用戶共享，保證無(wú)線接入效果。借助功率域復(fù)用可以實(shí)現(xiàn)不同用戶的共享，為了弱化持續(xù)干擾的不利影響，在信號(hào)接收端可以加SIC，通過(guò)干擾器與信道編碼能識(shí)別出用戶信息。針對(duì)不同信號(hào)的發(fā)射，借助NOMA疊加能不同路徑的損耗加以控制，信號(hào)增益得以實(shí)現(xiàn)。扇區(qū)內(nèi)的通信設(shè)備能高效接入帶寬，有利于緩解規(guī)?；W(wǎng)絡(luò)的不利影響。

2.2.4? 調(diào)制編碼

4G 通信網(wǎng)絡(luò)調(diào)制編碼采用了 MIMO OFDM 技術(shù)，為了實(shí)現(xiàn)更高層次、更大范圍的吞吐，高頻譜利用率得以提升，可以在高速度條件下完成傳輸，特別是5G調(diào)制編碼保證了頻譜利用率。二維映射由于擴(kuò)展到三維映射，導(dǎo)致天線物理定位能攜帶多種發(fā)送信息，頻譜效率擴(kuò)大;天線可以保持每時(shí)隙狀態(tài)，避免信道發(fā)生相互干擾，解決了同步發(fā)射問(wèn)題。射頻鏈的應(yīng)用降低了成本。5G針對(duì)頻譜的利用率借助了頻移鍵控（FSK）與正交幅度調(diào)制（QAM），實(shí)現(xiàn)通話質(zhì)量有效優(yōu)化。

頻效提升技術(shù)有效減少了干擾和導(dǎo)頻污染，充分利用多窄波束提高單小區(qū)容量，數(shù)據(jù)傳輸速率可以滿足網(wǎng)絡(luò)極高的流量密度，在深度覆蓋場(chǎng)景中借助精確波束賦形實(shí)現(xiàn)了深度覆蓋，減少信號(hào)之間的相互干擾，提升了業(yè)務(wù)質(zhì)量。

2.3? 頻譜擴(kuò)展技術(shù)

2.3.1? 認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)

隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，頻譜利用率可以發(fā)揮認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。由于具有了認(rèn)知功能，無(wú)線通信可借助空閑頻譜資源的開(kāi)發(fā)來(lái)提升無(wú)線通信服務(wù)效率，發(fā)揮“頻譜空穴”的作用，保證功率、頻率、調(diào)制動(dòng)態(tài)參數(shù)的利用效果。5G采用認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)體現(xiàn)出多方面的優(yōu)勢(shì)：可以感知到特定頻段，可以檢測(cè)到頻譜資源;能分析出信道狀態(tài)值;確定信道容量飽和度;對(duì)功率加以控制，對(duì)頻譜加以高效管理。

2.3.2? 毫米波通信技術(shù)

從當(dāng)前通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展來(lái)看，微波頻段資源趨于枯竭，5G技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高頻段帶寬的應(yīng)用。通信網(wǎng)絡(luò)采用了毫米波，除有效緩解了現(xiàn)有的頻譜資源緊張外還能提升通信容量[3]。5G通信網(wǎng)絡(luò)采用了超密集異構(gòu)，從毫米波的特點(diǎn)可以看出，波束集中的應(yīng)用保證了能效;信號(hào)傳輸?shù)姆较蛐耘c抗干擾效果好;波束窄不易受到外部的干擾，能保證通信的安全靠，降低鄰間存在的干擾。毫米波在短距離通信傳輸中的應(yīng)用體現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)，可建立Backhaul 鏈路;毫米波條件下的通信傳輸速率達(dá)到了10 Gbit/s;毫米波通信成為未來(lái)通信技術(shù)創(chuàng)新的發(fā)展方向。

2.3.3? 可見(jiàn)光通信技術(shù)

當(dāng)前通信網(wǎng)絡(luò)用戶規(guī)模不斷擴(kuò)大，并且還要保證傳輸視頻以及多媒體的需要，這導(dǎo)致頻譜資源趨于緊張，針對(duì)頻譜拓寬，可以借助可見(jiàn)光通信?？梢?jiàn)光通信具有多方面的優(yōu)勢(shì)，如廣泛性、高速率性，還體現(xiàn)出寬頻譜、高保密性的特點(diǎn)，具有實(shí)用性、造價(jià)低等特點(diǎn)，可以應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)。在5G的發(fā)展中，可見(jiàn)光通應(yīng)用于短距離通信具有優(yōu)勢(shì)，可見(jiàn)光譜帶寬是傳統(tǒng)無(wú)線光譜的數(shù)十倍，能提升通信傳輸速率，信號(hào)源更加簡(jiǎn)單，可靠性更強(qiáng)，可用于高寬帶通信。

2.4? 能效提升技術(shù)

通信經(jīng)過(guò)多級(jí)傳輸后，發(fā)射塔最后的發(fā)射能量發(fā)生衰減，僅為原有的2%，所以提高能效體現(xiàn)出多方面的應(yīng)用價(jià)值。多域協(xié)同管理能提高能效。多域協(xié)同管理保證了無(wú)線資源的利用率，話音、數(shù)據(jù)、多媒體、用戶域可以實(shí)現(xiàn)協(xié)同利用，借助碼域、空域、頻域、時(shí)域、能量域，資源實(shí)現(xiàn)了高效管理，解決了能效管理中的多約束、多時(shí)變、多維度問(wèn)題，發(fā)揮了協(xié)同作用，多用戶共享資源問(wèn)題得以解決，系統(tǒng)的容量擴(kuò)大了[4]。多域協(xié)同針對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源與用戶進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)控，對(duì)于業(yè)務(wù)處理保證了時(shí)間與空間的自適應(yīng)。多協(xié)同保證跨層資源的利用率;實(shí)現(xiàn)了跨網(wǎng)資源的優(yōu)化配置。能效提升技術(shù)對(duì)設(shè)備的鏈接提出了更高的要求，在保證鏈接效果的基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)傳輸具有了更低的成本。

3 結(jié)語(yǔ)

5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用了更多的關(guān)鍵技術(shù)，這些技術(shù)的應(yīng)用解決了傳輸速率、容量、延時(shí)問(wèn)題。這些技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于保證5G移動(dòng)通信的應(yīng)用起到了推動(dòng)作用。明確5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)應(yīng)用到的關(guān)鍵技術(shù)，有利于深入了解5G通信網(wǎng)絡(luò)，明確通信技術(shù)的發(fā)展方向。

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（編輯 傅金睿）