关于5G 网络结构演进及关键技术分析

2019-02-13曹广涛

数字通信世界 2019年7期

曹广涛

（北京中网华通设计咨询有限公司，北京 100000）

互联网技术水平的不断提高为移动通信的发展打下了良好的基础，移动信息网络在发展进程中不断完善，5G 网络势必会在不久后进行全面的应用，5G 网络是当下的无线通信技术的一次融合，其主要目标是为用户带去更大的容量、更高运转速率的系统、更低系统时延以及更高可靠性的连接，实现在移动互联网以及物联网基础上的多元互联，这也表明了我国的通信技术翻开了崭新的一篇。

1 5G 网络的发展分析

由第五代移动通信技术组建的5G 通信，是面向未来发展的新一代通信系统，5G 通信已经成为当今人们的关注热点，并且引起了国内外众多学者的高度关注以及广泛讨论。5G 通信的核心驱动力是互联网的高速发展，它实现了互联网以及物联网运行人机数据的有效共享，早已成为了人们日常生活中不能缺少的主要组成部分，打造高效便捷的生活是5G 通信技术发展的重要目标。从理论上来讲5G 通信的速度是4G 通信速度的一千倍左右，而且它还可以支持多种设备之间的互联，例如：移动手机、平板电脑以及VR 等电子设备。依据有关机构的预测表明截止到2020年，全球的通信设备能够实现510亿部的突破，所以，这对于移动通信多元化的发展，对于通信系统的覆盖面积以及其安全行能提出了更进一步的要求，如何实现能耗最小化、网络延时最低化和数据传输的高密度化是5G 发展的主方向[2]。从整体情况来看，相比于4G 时代以南北方向流量为主要的流量形式，5G 时代无线以及核心网部分的云端化，为承载网部分提供了任意流向相对比较复杂的连接，包括一个基站到另一个基站间、基站到不同层的子系统内的核心网部分之间和各个不同层的核心网部分间，流量的备份以及负载分担等等。这也要求承载网可以提供灵活性较强的三层连接、可以满足流量就近转发、节省传输所需资源和确保最优体验等有关要求。

2 5G 网络的部分关键技术分析

第一，多入多出的通信网络技术，换言之就是大规模多天线技术。这一概念的产生是由美国贝尔实验室的托马斯在2010年首次提出，其主要是指基站配备数量远高于终端天线的数目，移动终端采取单天线接收信息的通信方法。天线数量的增多，可以确保链路频谱效率的使用效率的提高和传输的稳定性。大规模多天线技术具有以下几点优势：一是天线的增长能够让能量微小的波束汇聚在一块小区域内，具备相对较高的空间分辨率，可以增加系统的容量；二是天线数量的增多使得每个信号通路表现出渐进式的正交特点，用户之间的相互干扰可以获得有效的解决；三是多天线其自身具很大的阵列增益性，能够很好的提升用户信号通路的信噪比，让系统调度得到明显的优化。当下大规模的多天线技术也面对着严峻的挑战，天线数量的加大会造成收发机对于波束矩阵的计算难度的不断增加，其计算处理时间与成本投入问题也不容小觑。信号通路估计以及反馈的复杂程度与自身局限性也是增多天线数目所面对的艰巨挑战之一。虽然大规模多天线技术仍有很多待于解决的问题，但不得不承认的是，伴随着对该技术的深入研究以及持续性的发展，在5G 通信网络中会体现其更大的使用价值。

第二，高电磁波频率范围通信技术，也就是高频段通信技术。当下的移动通信系统主要的工作范围是近于3吉赫以下的低频段，伴随着信息数据的海量增加以及使用用户的增长，频谱资源会变得十分紧张。而在低频段以上的高频段频谱资源是相对比较丰富，如果可以对这一频段的频谱资源实现有效利用，那么频谱资源紧张的问题会得到一定缓解。目前阶段移动通信产业研究的主攻方向是更高频段，毫米波使其研究重点，通过对其的深入有效研究，希望可以进一步解决频谱资源稀缺的问题。目前高频段通信技术早已在军工项目、医学医疗科研以及其他领域中应用，但是在移动通信领域的应用依旧处于研究的攻坚阶段。高频段通信具备以下优点：一是有效利用频宽高，可以为频谱资源缺少问题提供相应的解决方案；二是毫米波的器件的尺寸要低于微波元器件的尺寸，毫米波系统的设备以及天线更易于小型化；三是天线增益相对较高；四是波束较窄，在天线尺寸相同这一条件下，毫米波的波束对于微波的波束而言要窄很多，从而可以具有更高的精度。