探究蜂窝结构与5G无线通信网络的关键技术

阮学敏

广东省电信规划设计院有限公司，广东 湛江 524000

探究蜂窝结构与5G无线通信网络的关键技术

阮学敏

广东省电信规划设计院有限公司，广东 湛江 524000

随着社会的发展与时代的进步，近几年我国的科技、经济水平有了全面提高。信息时代的到来为各个领域的发展提供了全新的视阈。计算机网络技术的进步与移动互联技术的不断革新，正在不断地方便着人们的日常生活与学习。科技的迅速发展，使得各种无线移动设备广泛普及，而为了应对日益增长的网络市场需求和不断增长的网络数据，无线系统设计师已经开始研究5G无线通信。立足于其发展现状，对蜂窝结构与5G无线通信网络的关键技术进行了研究。

蜂窝结构；5G无线通信；通信网络；关键技术

伴随着改革开放的日益深入，我国综合国力有了全面提升。经济与科技等方面的快速发展，为各个行业的发展提供了“新动力”。就无线移动通信技术而言，其取得巨大成功在某种程度上面也反映了技术的创新与快速发展。从1991年2G系统发布，到2001年3G系统的应运而生。无线网络系统已经从单一的电话通信系统转变为了多功能的多媒体系统。因此，对蜂窝结构与5G无线通信网络的关键技术进行研究有着鲜明的现实意义。

1 无线网络设计现阶段面临的挑战与4G无线通信网络

基于3G系统已经不能很好地满足现阶段的网络发展，4G无线通信网络已经在人们的生活中逐渐普及，其设计的主要目的是为了满足IMT-A使用过程中的IP服务要求。在4G无线通信网络当中，应用了很多先进的无线电网络接口技术，例如较为常见的多输入多输出技术、链路自适应技术等。不得不说4G无线通信网络在目前的网络环境中可以很好地解决“繁忙”问题。其在低移动状态下，网络支持率可以支持1 Gbit/s 的数据传输。而4G无线通信网络真正意义上的普及，是其 LTE 系统在世界范围内的广泛部署。但是即使 4G无线通信网络已经得到了广泛应用，随着移动终端用户的不断增多，越来越的人对网络接入提出了更高的要求。而具有先进的通信功能与多样化的多媒体工程的智能手机与笔记本电脑为网络带来了新的阻力。并且这些先进设备的普及，也导致了网络服务量的激增。根据世界无线网络研究论坛给出的观点，世界将会在2017年迎来7万亿的无线设备使用。并且直接接受服务的人群将会遍及社会各个层面，而其服务的总量将会达到 70亿人。换一种方式来对这一现象进行形容，“网络连接的设备数量将会达到世界总人口量的1000倍。”而随着更多的无线设备被接入到网络之后，无线网络环境面临的挑战将会越来越多[1]。

其中较为明显的挑战之一便是蜂窝通信当中，无线频谱资源的稀缺。针对蜂窝手机的基本特征来说，其设备内部使用的是超高频频段，其基本的频段分布为几兆赫到几吉赫兹。但是经过我们的了解发现，很多运营商在使用这些频谱资源的过程是十分困难的。另一方面的挑战是，对于先进的无线技术来说，其基本的商用价值较高，但是相对的能耗也很高。实际上能耗高的问题并不是4G无线通信网络初期考虑的问题，但是却成为了发展后期的问题之一[2]。

2 5G无线通信网络的蜂窝结构

为了很好地解决上诉挑战问题，应对网络需求量的逐渐增加，5G无线通信网络被纳入了发展章程当中。而为了更好地满足5G系统的需求，我们则需要在蜂窝结构的设计上进行创新。根据了解我们知道，无线用户一天有80%的时间待在室内。但是无论其待在哪一个地方，传统的小区结构好都是将室外基站建立在移动通信小区的中间。而墙体及其他障碍物将会导致很大程度的穿透损耗。5G 系统的蜂窝结构设计分室外和室内两种场景，其主要目的就是避免墙体及其他障碍物的渗透损失。在分布式天线系统和MIMO 技术的整体环境之下，在一个网络基站上面部署几十个或者几百个天线阵列[3]。

3 5G 关键技术

3.1 大规模MIMO

MIMO系统是依靠多多个天线所组成的系统。因此，其在网络运输的可靠性方面，能源效用方面将会有突出的表现。在MIMO系统当中，无论是接收器或是发射器都配置了大量的天线元件。大规模MIMO系统除了拥有传统MIMO系统的优势以外，还具有能源利用率高等特点。在大规模的 MIMO系统当中，噪声影响会消失，通过合理利用 MIMO，还可以实现MAC 层的算法简化设计[4]。

3.2 认知无线电网络

CR网络是一个创新型的无线网络软件技术。其一经出现便被誉为了一个具有良好前景的网络技术。在网络系统中采用CR 网络，将会使无线电频谱在短时间内得到充分使用。CR 网络将会自动感知周围的网络传输效率，并且会根据实际情况进行调节。并且在CR 网络当中，可以利用用户没有使用过的频谱资源。而在抗干扰的CR网络当中，用户可以与授权系统共享资源[5]。

3.3 绿色通信

5G无线通信网络系统的设计应在最大限度上面考虑能耗问题，实现无线通信领域的绿色化。而减少能耗问题也是世界各地网络运用商亟需解决的问题之一。减少网络能耗将会减少二氧化碳的排放量。VLC 技术与毫米波技术则被认为是高效节能的有效方法。例如在 VLC 系统中，一个灯泡消耗的能量比其 RF的等价传送环境下数据消耗的能量少很多[6]。

4 结论

无线通信系统已经成为了我国经济发展与社会建设的主要原动力。为满足人们日益增长的网络需求，无线通信系统还应不断发展。综上所述，5G无线通信网络对于满足日益增长的网络市场有着鲜明的现实意义。本文结合概念型5G无线通信网络，利用蜂窝结构构建了一个基本模型，探讨了可以满足5G无线通信网络的一些具有较好发展前景的关键技术。

[1]王新玲.面向 5G移动网络绿色通信关键技术研究[D].成都：电子科技大学，2015.

[2]吴杰.面向 5G的无线网络节能技术研究[D].南京：东南大学，2015.

[3]雷秋燕，张治中，程方，胡昊南.基于C-RAN的5G无线接入网架构[J].电信科学，2015（1）：112-121.

[4]周一青，潘振岗，翟国伟，田霖.第五代移动通信系统5G标准化展望与关键技术研究[J].数据采集与处理，2015（4）：714-724.

[5]陈山枝.发展5G的分析与建议[J].电信科学，2016（7）：1-10.

[6]冯伟龙.超密集网络（UDN）的性能分析与关键技术研究[D].北京：北京交通大学，2016.

Research on the Key Technologies of Cellular Structure and 5G Wireless Communication Network

Ruan Xuemin
Guangdong Telecom Planning & Design Institute Co., Ltd., Guangdong Guangzhou524000

With the development of society and the progress of the times, in recent years, China’s science and technology,economic level has been a comprehensive improvement. The arrival of the information age provides a new perspective for the development of various fields. With the development of computer network technology and the continuous innovation of mobile Internet technology, people's daily life and learning. The rapid development of science and technology, making all kinds of wireless mobile devices have been widely used, and in order to cope with the growing demand of network, network data increasing, wireless system designers have begun research on 5G wireless communication. Based on the present situation, the key technologies of cellular structure and 5G wireless communication network are studied.

cellular structure; 5G wireless communication; communication network; key technology

TN929.5

A

1009-6434（2017）3-0003-02