5G通信网络中数据传输可靠性的优化策略

刘永超 焦鹏

【摘要】随着互联网、物联网以及第五代通信技术的日趋成熟，人们在享受通信网络优质服务的同时，对其依赖程度也越来越大。5G通信网络进一步改善了用户体验，可以提供个性化的服务，带来更加丰富的业务内容和更广阔的应用场景。数据传输作为5G通信网络的基础环节，其安全性和可靠性将对5G网络通信带来直接影响。而对于运营商而言，要想进一步扩大用户规模，更加需要提升通信网络的可靠性。鉴于此，本文对5G通信网络中数据传输可靠性优化策略进行深入分析。

【关键词】5G通信;网络传输;可靠性

中图分类号：TN92                 文献标识码：A               文章编号：1673-0348（2020）017-001-03

Abstract： With the internet， the Internet of Things and the fifth generation of communication technology， people enjoy the communication network services， while the degree of dependence on them is also increasing.  The 5G communication network further improves the user experience， providing personalized services， and bringing richer business content and a wider range of applications. As the foundation of 5G communication networks， the security and reliability of data transmission will have a direct impact on 5G network communication. For operators， in order to further expand the size of users， it is more necessary to improve the reliability of communication networks. In view of this， this paper provides an in-depth analysis of the data transmission reliability optimization strategy in 5G communication networks.

Keywords：5G communication;

1. 5G通信网络技术特性的评价

5G通信网络具有更广泛的业务和应用领域的移动互联网和物联网应用。拥有3D大规模天线高频段和大带宽现金网络架构和组网方式，多种空中接口融合统一的网络。5G通信网络是一个多业务、多技术融合和创新的现代化通信网络，通过互联网技术和无线通信技术满足数据传输业务发展的需要，提升用户体验。随着5G通信网络带宽和业务能力的提升，5G通信网络相关产业的发展将会得到质的飞跃。下面就对5G通信网络特点进行分析：

1.1、海量的数据传输能力

移动通信的发展过程是解决人与人之间的通信，第五代移动通信技术实现了人与人、人与物、物与物之间的信息互联，相比4G网络，5G通信网络可以提供100～1000倍网络连接能力。物联网业务类型丰富多样，业务特征存在较大差异。智能家居、智能电网、智慧城市等业务都需要网络支持海量设备连接和数据分组频发，这对数据传输的速率提出了更高的要求。大量的物联网设备会部署在偏远地区以及地下室、隧道等信號难以达到的区域，这就要求5G通信网络具有更广泛的覆盖范围。为了渗透更多的物联网业务，5G通信网络具备更强的灵活性和可扩展性，以适应海量设备连接和多样化的用户需求。

1.2 支持多业务网络部署

随着移动互联网和物联网业务的快速发展，5G通信网络将满足多样化和个性化的用户体验。5G通信网络的设计和部署具有多样性，从覆盖范围和应用场景来分析，5G通信网络将会出现多种形式的部署方式，既有传统的蜂窝系统，也会出现大量热点覆盖的部署方式，同时还有针对高速移动和短距离通信方式的部署。5G通信网络架构如下图-1所示：

2. 影响数据据传输可靠性因素

2.1 数据传输时延

在5G通信网络中高频段信号在空气中传播衰减程度较大，而其粒子性又导致传播方向性较强，能够到达目标接收端的信号强度和多径数目都将受到影响。基于方向传输的测量结果现实，5G通信网络高频段信号因为反射现象在传播中具有较大影响，导致多径时延相比与低频会有较大幅度的降低。这就导致5G通信网络在设计过程中，需要采用正交频分复用技术（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM），实现复杂度最低、应用最广的一种多载波传输方式。此外，5G通信网络的方向性增加，高频信号传播中能够到达接收端的多径数目将极大减少，将给多进多出（multiple-in multipleout，MIMO）传输带来巨大挑战。MIMO技术是为极大地提高信道容量，在发送端和接收端都使用多根天线，在收发之间构成多个信道的天线系统。MIMO系统的一个明显特点就是具有极高的频谱利用效率，在对现有频谱资源充分利用的基础上通过利用空间资源来获取可靠性与有效性两方面增益，其代价是增加了发送端与接收端的处理复杂度。大规模MIMO技术采用大量天线来服务数量相对较少的用户，可以有效提高频谱效率。随着5G通信网络频率越来越高，信号受到多普勒效应的影响也越来越强，高频信号在时域的变化会更加剧烈，为了提升数据传输的可靠性，5G通信网络对信道的估计和追踪将会更加频繁。

2.2 数据传输覆盖范围

5G通信网络的可靠性可以定义为对特定业务的时延要求下成功传输的数据包比例，使用的频率越高、传播损耗越大，5G通信网络的覆盖能力就越差。从天线的角度，因为频段越高，天线的尺寸就越小，更加方便终端和基站在相同面积下集成更多的天线数目，从而利用波束成形增益来弥补高频段覆盖受限的挑战。由于5G通信网络使用的频段不断变高，会导致通信系统需要考虑被大气吸收、雨雾的衰减。由于5G通信网络频段升高，信号传播的粒子行增强，会导致反射特性增强，绕射和衍射的特性降低。因此，对于建筑物、植被遮挡带来的影响都需要在5G通信网络设计和部署当中进行重点考虑。

2.3 数据传输的安全性

安全性是5G通信網络重要因素之一，由于5G通信网络能够为关键领域提供服务。因此，5G通信网络在数据传输过程中必须要具备一定的安全性和可靠性功能，减少网络安全攻击。5G通信网络支持各种不同的应用和环境。因此，5G网络能够应对通信敏感数据有未经授权的访问、使用、毁坏、修改、审查和攻击等问题。5G通信网络数据传输的可靠性主要是解决通讯中的漏洞，提高信息防护能力，保证信息的安全，防止网络黑客以及一些不法分子盗取信息。在5G通信网络数据传输可靠性研究中，需要重点关注数据传输存在的一些漏洞，相关技术人员必须对现有的网络体系进行修复才能保证数据信息不会被盗用。5G通信网络通过数据库实现了信息资源共享，保证数据的及时可靠地处理。企业通过对技术的不断升级和创新，将大量的人才引入到了5G网络的铺设中，为通信行业提供了大量的技术支持和人才储备，为5G信号的大力推广奠定了良好的基础，保证了5G信号传输的可靠性。

3. 5G通信网络数据传输可靠性研究

5G通信网络为了满足个性化的用户需求，需要研究先进的数据传输技术以提高信息传输的可靠性，设计新型无线传输网络架构，优化数据传输和信号处理流程，同时还需要增加更多频谱资源，用于提升数据传输速率和系统容量。由于传统的移动通信系统使用频谱资源受限，需要在高频上扩展频谱资源，5G通信网络频谱将进一步拓展到毫米波频段，达到100GHz。

5G通信网络可以通过融合和创新的技术发展路径满足数据传输的需求。可以利用不断持续优化和演进的LTE等现有的移动通信系统，利用现有网络基础设施与投资，并通过网络架构设计与创新，提升网络性能和系统的效率，降低设备和网络运营成本，满足5G通信网络长期发展需求。为了寻求5G通信网络绿色可持续发展，降低设备和网络运营成本，运营商需要调整思路适应5G通信网络生态链变革，降低网络成本，提升数据传输的可靠性。

5G通信网络广域覆盖是在传统蜂窝通信广域无缝覆盖的基础上，提升全网业务体验速率和网络平均频谱效率。引入大规模多进多出技术并应用在5G通信网络基站上，进一步提高5G通信网络数据传输效率。伴随着有源天线技术的日趋成熟，天线在发射端可以进一步分离多个小单元，计算能力的快速提升，可处理大量天线的中频或者基带信号，使得众多天线单元的大规模多进多出技术应用在5G通信网络当中。大规模天线技术同时具备多天线赋形增益和多用户复用增益，在提高系统覆盖能力的同时，提升5G通信网络频谱效率，并且不会增加额外的能耗，适合广域覆盖的应用场景。

在室内和室外热点等局部覆盖场景当中，提供高峰值速率和用户体验速率，满足区域流量密度的需求。传统通信网络在支持局部热点覆盖场景中由于受到频谱带宽限制、网络架构约束等原因，难以满足5G通信网络高速率、高流量的密度需求。需要进一步引入超密集组网、毫米波通信、聘雇资源共享以及终端直通等技术，提高5G通信网络数据传输可靠性和峰值速率，并且在提高5G通信网络部署密度的同时降低部署难度。超密集组网技术基于热点密集组网场景，提出了以用户为核心的新型接入网架构和移动性管理，通过集中式的无线资源管理和干扰管理，提升用户体验。利用更高的频率及更大的带宽，结合高频大规模波束赋形技术，实现10Gbit/s以上的峰值速率。在小覆盖场景下，灵活频谱共享技术可以利用各种亲啊在的可用频段，提高5G通信网络数据传输可靠性。终端直通技术通过在热点区域或者短距离覆盖范围内，在终端间建立直接通信，在降低数据传输的时延的同时还可以提升频谱资源共享，提升5G通信网络系统容量和传输速率。

4. 总结：

综上所述，随着现代通信技术的不断发展，信息传输的频率以及业务量急剧增加，这就使得通信网络数据传输的质量和速度已经成为人们关注的焦点。对于5G通信网络数据传输可靠性的研究，对人们的日常生活以及社会发展具有极其重要的意义。本文通过对5G通信网络的特点进行详细介绍，并且分析了影响5G通信网络数据传输可靠性的关键因素，通过不断培养以及引进大量专业人才，并将最新的技术添加到5G通信网络中，为5G通信网络全面覆盖打下良好的基础。

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