5G技术在4G网络中的应用前景探讨

2018-01-24李钢

智能建筑与智慧城市 2018年10期

李钢

(北京华麒通信科技有限公司)

1 引言

5G技术系统原本是指预期在2020年开发和普及的新一代移动通信应用系统，和4G网络相比，5G技术系统可以进一步扩大移动宽带的应用范围并提高各种数据业务水平，提升系统运行速率，满足互联网业务需求，并全面优化低时延通信体系，加强各个控制领域以及低时延业务运转的可靠性。

2 5G技术系统的开发设计目标和基本实现方案

2.1 5G技术系统的开发设计目标

从数据开发的角度来看，5G技术系统的开发设计目标分为7项子目标：

1）使峰值数据速率达到平均20Gbit/s；

2）使用户体验数据的平均速率达到100Mbit/s；

3）使系统的频谱效率比原来的4G系统多出2倍；4）使移动速度达到平均500km/h；5）确保时延满足在1ms以内，准确连接密度高达100 000终端/km2；

6）使网络能量的效率达到原来4G技术系统的100倍；

7）确保单位面积流量密度满足10Mbit/s的要求。

2.2 实现目标的基本方案

实现5G技术系统的开发设计目标，为该技术在4G网络应用的中开拓了良好的前景，首先要设计好实现目标的基本方案[1]。业界应根据当前业务驱动的发展状况重构网络，在此过程中，需要充分发挥SDN与NFV以及网络切片的综合作用，从而推动网络满足高度敏捷化的标准要求。对于无线侧，业界应综合应用高度密集型组网、规模巨大的天线、高频率的通信技术、新型多址技术和新波形以及新调制编码来提高网络技术的整体速率和系统可靠性，满足低时延的工作要求。其次，从全球化的角度来看，4G网络已开始步入4.5G网络的运营时代。2017年1月，据GSA统计，全球已有201个国家开始部署LTE网络系统，平均每个国家的部署商家多至581家。同时，LTE-Advanced Pro网络和LTE-Advanced也在不断发展，调查结果表明，世界上已有87个国家和183家运营商精心部署了这2种网络系统。再次，近年来，在移动视频业务的引领下，全世界的移动数据总业务量以平均每年100%～200%的增长速度不断增加。因此，各国运营商均需要进行全面创新，努力提高网络系统的运行速率，扩展系统存储容量，满足现代业务日益变化的增长需求[2]。

此外，运营商需要在扩大系统存储容量的基础上全面优化自身转型结构，结合垂直行业的标准要求，尽可能地缩小网络时延，使网络系统适应不同的场景，并增强系统的差异性作用。由于所有网络系统演进化需求在发展趋势上都和5G技术系统呈一致性，对于5G技术在4G网络中的应用前景问题，运营商应综合使用MEC技术、Massive MIMO技术、高阶调制技术和宏微协同组网技术来强化4.5G网络的核心性能。

3 5G技术在4G网络中的应用前景

3.1 MEC技术应用

在ETSI视角下，从MEC技术原理和该技术的性能可以看出，该技术是为无线接入部署相关设备，配置高等的通用型服务器，然后为移动网的边缘区域增加IT和云计算技术功能，并使其靠近用户。考虑技术性能的发展视角，MEC技术可以提高传统无线接入网的业务能力，使其满足近距离的部署条件，满足数据业务需要，不断增强高带宽与低时延的信息传输能力，与此同时，需要通过降低网络负荷指数和网络回传带宽以及下沉业务面下沉完善本地部署。此外，需要运用MEC技术促进无线网络与互联网技术的有机结合，给无线网络的两侧区域添加计算、存储、整合、植入应用和处理功能，从而构建良好的开放式平台。

综合分析MEC服务器的3层逻辑实体，使各层次充分发挥相关作用。通常情况下，MEC服务器的第1层是MEC平台的支撑层，该层次的基础组成系统是NFV硬件资源和虚拟性架构，将这2部分结合在一起，可以保证虚拟化计算处理、数据缓存与虚拟交换等工作的顺利完成。第2层属于MEC功能组件，该层次可以运用对外接口为承载所有业务提供相应的适配功能，借助API和基站及其上层实现接口封装，为客户提供无线网络数据信息、流量旁路、VM通信服务、注册和应用服务等相关业务。第3层属于MEC应用层，该层次可以实现MEC功能组件的有机组合与封装，强化系统虚拟应用功能，增加无线缓存空间、本区域分流、优化各种业务、实施准确定位与强化现实技术等应用服务，并通过设置科学的接口开发第三方业务，增强系统软件的高效开发功能，全面实现无线网络的能力开放和调用。

3.2 Massive MIMO技术应用

Massive MIMO主要通过基站侧的大规模天线阵列来构建多发多收系统，一般情况下，大规模天线阵列的阵子数在128以上，从而形成更细的波束以充分提升频谱效率与信噪比，控制干扰系数[3]。此外，Massive MIMO技术可以创新不依赖于空口的编码技术方式以充分适应4G和4.5G以及5G网络系统应用的业务要求。需要注意的是，因为当代多用户MIMO性能的增益通常来源于多用户的空分复用（Spatial Multiplexing），因此，需要借助阵列规模庞大的Beamforming全面降低多用户之间的干扰系数，大幅度提高单用户SINR和多流传输效率，不断增加网络系统容量。

3.3 高阶调制应用

为确保系统容量与频谱效率满足业务需求，需要采用效果良好的调制方案，通常，在16QAM调制中，平均每个符号需承载的信息为4bit；在64QAM调制中，每个符号所承载的信息需精准到6bit；在256QAM调制中，每个符号需承载的信息是8bit。

3.4 宏微协同组网应用

优化宏微协同组网应用方案，首先，需要努力实现各方面的信息交互，对4G网络系统进行安全加固，借助安全的网络系统激活混合访问、远程验证以及隔离控制等系统功能，实现系统功能最大程度的发挥；其次，要强化系统中物理硬件的集成度，将物理接口受到非法攻击的可能性降到最小；最后，相关部门要采取积极的应对措施，通过加强电压及电流检测的力度进行网络电路的检测防护，从而全面提高网络利用率及其价值。