5G 网络技术对提升4G 网络性能的研究

2020-11-25刘奕湖南科技职业学院人工智能学院

数码世界 2020年4期

刘奕湖南科技职业学院人工智能学院

引言

5G 即第五代移动通信技术，是新一代蜂窝移动通信技术，也是即2G、3G 和4G 以后的延长。5G 的性能目标是高数据速率（峰值数率20Gbit/s）、减少延迟（时延达1ms）、节省能源（网络能力的效率为4G 的100 倍）、提高系统容量（频谱效率是4G 的3 倍）和大规模设备连接（连接密度100000 终端/平方千米）。5G 的主要应用场景为增强移动宽带（eMBB）、高可靠低时延连接（uRLLC）和海量物联（mMTC）。eMBB 是以人为中心的应用场景，集中表现为超高的传输数据速率，广覆盖下的移动性保证；uRLLC 场景下连接时延要达到1ms 级别，且要支持高速移动（500KM/H）下的高可靠（99.99%）连接；mMTC 可以快速促进各垂直行业的深度融合。

1 4G 网络现处理办法

随着终端的增多，业务的推新，4G 流量呈爆发式增长，容量压力成为亟需解决的关键问题，各运营商应根据不同区域进行容量保障和补充覆盖。

网络容量保障做到及时扩容、精准扩容、拆闲补忙、负载均衡、因地制宜、合理布局；网络保障连续覆盖，通过频率专用、宏微结合加强深度覆盖。根据小区信道利用率、有效RRC 连接数及小区流量的实际情况进行分析，采取载频扩容或网络优化等措施对网络进行扩容。具体F 频段基站扩容，包括同频段F 频段扩容10MHz、同频段F 频段六扇区分裂、新建D频段基站、新建FDD四种方式；D频段基站扩容，包括同频段F 频段扩容10MHz、同频段F 频段六扇区分裂、新建D频段基站、新建FDD 四种方式。E 频段基站扩容，包括小区分裂、新增第二载波两种方式。在5G 未普及之前，将5G 技术应用于4G网络中，实质是在保持兼容的基础上引入新技术，成为提升4G 网络性能的有效手段。

2 4G 网络可应用的5G 关键技术

2.1 Msssive MIMO 技术

Msssive MIMO 技术即大规模天线技术。从天线数来理解传统4G 网络天线基本是2、4 或8 天线，而Msssive MIMO 的通道数达到64/ 128/256 个；从信号覆盖维度来理解传统的MINO 为2D-MIMO，以8 天线为例，实际信号在做覆盖时，只能在水平方向上移动，而Msssive MIMO 是信号水平维度空间基础上引入垂直维度的空域进行利用，信号的辐射状是个电磁波束，因此也称之为3D MIMO。该技术可以丰富空间自由度并支持空分多址（SDMA），可提供更多可达路径从而提升了信号的可靠性，同时也提升了小区的峰值吞吐率、平均吞吐率及小区边缘用户平均吞吐率，降低了对周边基站的干扰。现在4G 网络所面临的需求巨大、网络热点更热、用户体验诉求强烈、特殊场景深度覆盖困难等问题，3D MIMO 通过显著增加收发天线(通道)，获得更高的分集、阵列、空间复用、干扰抑制增益，从而显著地提升系统性能。

2.2 极简载波技术

极简载波是5G 重要的关键技术之一，它能有效降低5G 技术应用的复杂性。极简载波应用于4G 网络一是兼容性强，可有效提升网络吞吐率，二是降低了小区间信号干扰，提升用户数据速率，三是通过消除不必要的信令和功率，节省能源消耗和降低成本实现绿色环保。该技术的应用现已取得了一些成果，爱立信创新将该技术应用于4G网络中，实现了智能手机速率提升50%。

2.3 超密集组网

超密集组网是指在宏基站的覆盖区域内，利用小功率基站精细控制覆盖距离，大幅增加站点数量。关键技术包括多连接技术和无线回传技术，通过宏基站+微基站、微基站+微基站两种模式实现干扰于资源的调度。在4G 网络适用于终端密集区域，比如商场、学校、办公楼、地铁等场景，可以有效提升系统容量、频谱效率和能源利用率。对于系统干扰、移动信令负荷加剧、系统成本与功耗等问题则需要根据实际场景进行研究解决。

2.4 MEC 技术

MEC（Mobile Edge Computing）技术即移动边缘计算基本思想是把云计算平台从移动核心网络内部迁移到移动接入网边缘，实现计算及存储资源的弹性利用。可以提供更低的时延，提供位置感知、获取网络内容信息。该技术将虚拟化的平台引入移动网络中，能有效实现业务锚点下沉，缩短业务响应时间，很好地解决目前4G 移动网络中业务发展存在的诸多问题，还能提供将传统移动网络的通信能力开放，为开展网络能力相关的创新业务应用奠定良好的基础。