探析5G无线通信系统标准化设计与关键技术

蒋冬磊

【摘要】5G无线通信技术是未来通信技术的重点和关键，随着移动终端设备的普及性应用，多媒体数据传输量呈现激增态势，相较于4G无线通信系统而言，5G无线通信系统具有更高的传输效率和更为宽广的覆盖面积。为此，要注重对5G无线通信系统的标准化设计，探析5G无线通信系统的关键技术，不断推动5G无线通信系统的完善和进步。

【关键词】5G无线通信系统；标准化；设计；关键技术

一、5G无线通信系统的标准化规划设计分析

5G无线通信系统要能够应用于移动互联网的增强移动宽带、大连接物联网、高性能物联网等三大场景，满足通信业务的部署场景的多样化、灵活性需求。

（一）NR接入网架构标准化设计

可以采用中心控制节点（CU）和分布节点（DU）的方式，满足5G无线通信网络的高吞吐量、低延迟、密集化部署需求，引入LTE和NR的双连接方式，进行接入网整体架构和内部分离架构的设计。其中：接入网整体架构由gNB和ng—eNB两大节点组成，以gNB作为NR接入技术的基站，以ng—eNB作为E—UTRA接入技术连接5G核心网的基站，并通过Xn接口进行连接。接入网内部分离架构主要采用Gnb—CU/gNB—DU分离的架构，实现接入网络的云化和虚拟化，较好地提升各节点间的资源协调和传输协同能力。同时，系统支持LTE与NR联合组网的方式，提供完整的5G服务。

（二）NR空口设计

NR空口物理层信号传输架构以4GLTE为基础，支持灵活、动态的TDD双工方式，包括帧结构和OFDM参数设计，支持基于时隙的资源调度，并采用灵活分级的带宽设计、下行同步信道设计和上机随机接入过程设计。同时，NR空口高层协议与物理层信号传输相匹配，实现空口无线数据的按序可靠传输，实现网络控制、无线资源高效管理、切换管理等功能。

（三）5G核心网的标准化设计

5G核心网引入了网络功能和服务的概念，借助于软件化和虚拟化技术，灵活便捷地部署和演进网络，实现UE接入控制和移动性管理，主要实现会话管理功能、网络存储功能、统一数据管理功能、鉴权服务器功能、策略控制功能、网络开放功能、网络切片选择功能。

二、5G無线通信系统关键技术分析

（一）大规模MIMO技术

5G无线通信系统采用多天线技术，利用其强大的分辨率，实现对空间维度资源的深入挖掘，确保多个用户在同一频率内的通畅通信，有效解决小规模基站下的高频谱信息传输问题，体现出极强的抗干扰能力和数据传输能力，提升频谱效率。具体来说，大规模MIMO技术表现出如下优势性能：（1）信道容量增益。大规模MIMO系统中的天线数量增加，可以缩减天线单元的间距，引发天线单元间更强的互耦效应，大幅降低信道容量。相关的系统参数主要包括有：反向链路信道容量、前向链路信道容量。（2）频谱效率。当系统中的天线数量既定的前提下，可以调节系统相关参数如：辐射功率、用户数量、导频序列的持续时间等，以有效提高系统的频谱效率。

（二）双公开技术

5G无线通信系统可以在双公开技术的依托和支撑下，实现信息的同时传输和同频率传输，在通信系统的每一端都设置发送器和接收器，同步进行两个方向的信号数据的传送，不会出现因切换操作而引发的时间延迟现象，适用于远程监测控制系统的交互式应用。

（三）绿色通信技术

5G无线通信系统在信息传输的过程中，必然会产生能量的消耗问题，必须加大对绿色通信技术的研究，注重能源利用率与通信频谱效率之间的平衡与协调关系，为ICT行业打造绿色、低碳的未来。为此，电信系统要统一部署加强节能减排，完善蓄电池回收处理机制，避免对因报废蓄电池处理不当而引发的直接污染。同时，还要注重选择无噪声、无电磁辐射、无污染物生成的光纤光缆和传输设备，打造环保的无线网络。

（四）毫米波高频段通信技术

鉴于频谱资源极其有限的现状，要在5G无线通信系统中引入毫米波高频段通信技术，以波频段在30GHz—300GHz、波长在1—10mm的毫米波作为信息传输的通信载体，体现出带宽高达273.5GHz、波束窄、探测能力强、安全保密性好、传输质量高、全天候通信的特点。具体应用包括有：（1）毫米波地面通信。可以利用多跳的毫米波接力（中继）通信，提高信号传输速率、带宽和坦。（2）毫米波卫星通信。同时，在应用毫米波高频段通信技术的过程中，要考虑到毫米波在大气中传播时的散失现象，因而目前仅适用于短波通信，有待进一步改进和优化。另外，由于毫米波通信系统与MIMO通信系统不相匹配，为此要引入混合波束成形的概念，利用数字域波束成形和模块域波成形的理念，实现5G通信系统的应用和推广。

三、小结

综上所述，5G无线通信系统基于灵活动态的TDD信号传输进行标准化设计，构建5G无线通信系统的新型接入网架构和核心网架构，提升系统移动宽带能力，使之较好地应用于多样化的场景，满足通信业务的快速发展需求。同时，要深入分析系统关键性技术，提高频谱资源利用率，扩展系统容量，为人们带来更大的便利。