5G网络技术概述

2020-01-01许佳胜孙宏凯

数字通信世界 2020年2期

许佳胜，杨旭，孙宏凯

（河北农业大学信息科学与技术学院，保定 071001）

1 5G的概念

5G是高速发展的互联网和逐渐完善的物联网技术的共同推动下产生的新一代的无线网络技术。5G技术的数据传输速率将超出现在至少10倍以上，并且5G将会把网络延迟时间的单位控制在ms级。5G技术的出现将会给用户带来极佳的网络体验，把整个社会的生产和发展速度带入一个新的时代。

2 5G网络的常见技术

目前适合于5G网络的技术尚处于探索和研究阶段，哪一种技术更适合5G网络，更符合人们的需求尚未确定。所以本文就目前的一些网络关键技术作重点叙述。

2.1 无线网络技术

2.1.1 超密集异构网络

超密集异构网络是为了满足5G网络中大数据需求而出现的，在超密集异构网络中减小了整个网络区域的半径，增加了低耗能的节点的数量。

在密集网路中部署的节点数量会是现在节点数量的10倍以上，并且在每个覆盖区中10m之内至少会有一个站点。这种超密集部署的网络减少了终端和站点之间的距离，使整个网络的输出功率和业务处理能力得到大幅度提高。但密集的节点会使整个网络的拓扑结构更加复杂，这可能会导致其与现有的移动通信系统的不兼容，当然也会增加工作人员的维护工作。同时，节点与节点距离过近也会导致节点间信号的互相干扰。

2.1.2 自组织网络

在传统的移动通信系统当中，大部分的部署以及运维工作是由工作人员来实施的，但在5G网络这样的大型网络系统中将会耗费大量的人力物力资源，基于这样的背景，智能化的自组织网络应运而生。

自组织网络技术主要包括以下两方面内容：（1）网络部署阶段的自规化和自配置；（2）网络优化阶段的自优化和自愈合。自规划是指在满足系统用户的容量、业务功能、系统拓展的需求下动态的进行网络规划并执行。自配置是指即插即用式的进行新增网络节点的配置，优点是方便、简易快捷。自优化是指优化网络的性能以及处理结果，减少整个网络的工作量。自愈合是指系统能自动监测在网络中出现的问题并对问题自动的进行排除，减少网络维护的成本以及提高用户的使用体验。

2.1.3 内容分发网络

在5G中将满足数量庞大的用户对图像、音频、视频等数据需求，怎样快速高效的把不同业务内容分发给客户并尽可能降低用户访问等待的时长是5G技术中急需解决的问题。

内容分发网络是在原有的网络上添加上CDN系统。CDN系统简单来说就是负责内容分发的系统，该系统将会在综合考虑整个网络中节点与节点、用户与节点的连接关系等因素的情况下把要发布的内容先发布到CDN代理服务器上，这样，用户就可以在较近的CDN代理服务器上获取自己所需的内容。CDN技术的出现缓解了大流量业务需求时的网络阻塞问题。

2.2 5G中的通信方式

2.2.1 D2D通信

D2D通信即设备到设备的通信（device-to-device communication），是一种在系统的控制下允许终端设备通过利用区域的资源直接进行通信的方式。

D2D技术主要应用于移动蜂窝网络，在蜂窝网络中引入D2D技术是为分担基站中的数据流量的压力，提升整个网络的频谱效率。在D2D中把整个网络划分成了多个小区域，每个小区域都会设置一个基站，移动终端设备在基站和D2D技术的支持下可以既实现小区域内的通信也可以实现小区间的通信。移动终端之间通过D2D相互连接，从而连接到蜂窝网络，这样的方式将会大大减轻整个网络的负载压力。

2.2.2 M2M通信

M2M（Machine-to- Machine），一种以机器终端的交互为核心的网络化应用与服务。M2M技术的目的是使所有的机器设备都具备联网和通信的功能。广义上的M2M包括了机器与机器，机器与人，机器与网络之间的交互与通信。

由于机器终端数量庞大，导致机器终端必须通过竞争的随机接入方式来获得网络资源，目前的随机接入方法主要包括多地址接入技术（NDMA）、载波侦听多址接入技术（CSMA）等。NDMA技术是把网络中的冲突问题转换成信号处理问题来解决，若在某个间隙中系统接收到了m个用户传输数据的请求，此时基站会从此时间段开始预先留下m-1个时间段，等m个用户的数据传输完毕后再从这m个时间段中分离每个用户的数据包。CSMA技术基于的原理是“先监听，后发送”，在终端发送数据之前需要先检测传输通道是否空闲，如果空闲的话就发送，否则就继续等待。由于网络中充满了各种各样的数据包，通过M2M方式传输指定数据的效率如何提高还有待研究。