5G移动通信关键技术探析

2019-12-02吕凯凯王俐枣庄学院光电工程学院

数码世界 2019年3期

吕凯凯王俐枣庄学院光电工程学院

1 引言

1G语音时代，那时移动、联通、电信虽还未出现，但却有A网与B网之分，1G具有明显的串号与盗号的缺点，所以1G很快被淘汰。2G时代，人们可以发送简单的文字信息也可以进行上网，但网速仅仅只有9.6KB/s。人们对网络的高需求，3G随即到来，为移动通信开辟了新纪元，使通信方式更具多样化。4G视频时代网速更快、智能性更高、覆盖范围很广，几乎满足了所有用户对无线网络的请求。5G物联网时代将实现机器与机器之间的互联，它不仅仅只实现用户与用户之间的通信，它会遍及更多的应用领域。为此，5G移动通信中的关键技术研究尤为重要。

2 5G移动通信关键技术

2.1 大规模天线阵列（MIMO）

大规模MIMO技术就是大量的天线输入、输出信号。MIMO技术在LTE时代已被采用。LTE系统采用2×2的MIMO技术，LTE-A系统应用8×4的MIMO技术，而未来5G要实现天线的多输入多输出。大规模MIMO技术的优点主要在以下三个方面：第一，大规模MIMO利用超强的空间分辨率，把空间中的资源最大程度的利用，使得同一时频的资源达到对多个终端通信，从而使频谱效率得到大步的提升。第二，大规模MIMO技术将波束成型聚集在尽量小的范围内，使得目标信号增强，从而功率消耗减少。第三，使终端复杂度得到了降低。

2.2 毫米波通信技术

未来5G要实现传输速率在4G的基础上增加10倍，即要达到1Gb/s.无线传输速率的提高有两种途径。一是提高频谱利用率，二是加大频谱宽度。经过研究5G最有可能运用的两个频率是28Ghz和60Ghz。而毫米波的频率范围大致在30Ghz到300Ghz之间.所以毫米波为5G的实现作出了很大贡献。毫米波有一个特点，它在空气中的波性会减弱，并且穿透能力较弱。这一特点有利也有弊，利是它在传播中可以有效避免其它频段的干扰，维护自己的独立性。但也说明毫米波使用的范围是有一定限制的，离基站较远的地方信号会减弱。研究人员发现要想提高传输速率必须使用微基站联合毫米波技术。

2.3 D2D通信技术

D2D技术是指相同基站的两个用户，在基站覆盖的范围之内传达信令不再通过基站这一媒介，它们自己可以直接进行通信。D2D技术作为5G发展的关键技术，是研究人员主要研究的技术之一，它的目的是想让用户得到更大的体验感和更高的使用质量。较比WIFI、蓝牙等技术，D2D有很大的优点，相比较之下传输速率较高，且功率利用率较高。但由于技术复杂且很难调度，所以有许多问题需要解决。

2.4 超密集异构组网

为了提高高流量密度、高峰值速率和用户体验速率，采超密集组网的方法。通过缩短小区之间的距离运用UDN将网络进行密集布置，实现网络的密集化、提高基站的密集度。UDN运用了虚拟层技术，指用单层网络来搭造多层的虚拟网络，该技术利用单或多载波，让虚拟多层网络借助单载波方案利用不同的信号或信道进行搭造。而多载波方案则是利用不同的载波搭造虚拟多层网络，使逻辑小区被多个物理小区虚拟出来。虚拟小区与用户的动态紧密相连，随用户的变化而改动。超密集异构组网应用在5G中要实现多分层、多小区、多载波的特点，来达到多种行业的需求。未来5G的组网要在4G的基础上添加5G站点使网络更加密集化，从而解决覆盖和容量的困难。

2.5 新型无线网接入构架

新型无线网络构架主要运用C-RAN无线接入网络构架。C-RAN网络构架中的基站包含分布式RRU和集中式BBU两部分，基站通过减少天线与移动通信的间距增加了宽带容量，从而提高网络利用率。它与前几代分布式基站的区别是，它实现射频单元与基带处理单元的独立，原来两者紧密的关系被分离。这样的无线网络结构使终端依据C-RAN接收信号的强度来选择服务，在利用实时虚拟的多小区MIMO技术实现信息的共享，从而提高频谱效率。C-RAN网络构架可以降低通信开销，提高宽带容量，但同时也存在一些挑战，例如要用较低的开销传输高宽度的无线信后；利用较前沿的协作发射与接收技术提高性能；运用基站虚拟化技术降低资源的浪费。

2.6 边缘计算

边缘计算技术（MEC)目的是在网络边缘对海量的数据进行预处理，去除掉无用的数据，从而降低传输的带宽，提高传输效率。MEC的系统是在虚拟化平台的基础上建立的，MEC平台具有良好的开放性和自动管理能力。3GPP规定边缘技术要遵守5G的网络构架，且要提供这些支持：本地路由、话务分流、会话和业务连续性、用户面选择和重选、网络能力开发、QoS和计费。MEC是的技术会越来越基于成熟，以后应用领域会越来越广泛，但是目前才刚刚开发研究，未来还有一段很长的路要走。

2.7 网络切片

5G移动通信网络主要应用于三类场景：移动宽带、大规模物联网和关键任务型物联网。移动宽带数据接入三维立体视频、超高清视频、云工作、云娱乐等。大规模物联网主要应用于物联网、智慧家庭、智慧城市等。关键任务型主要应用于无人驾驶、远程医疗、紧急任务应用等。由于各个业务网络需求存在差别，不能用相同的网络达到不同的业务需求，即研发了网络切片技术。为了让网络切片成为可能，基于传统网络又研发出切片管理器和切片选择两个功能。网络切片是一个相当复杂的工程，它要实现端对端的接入。在实现过程中要穿过三个网络：接入网络、核心网络、数据和服务网络。在穿过每一个网络都面临着不少挑战，需要一一解决。