5G移动通信网络关键技术研究

冯毅

摘 要：文章指出5G移动通信技术建立在4G的基础上，不仅保留了4G通信技术原有的优势，还产生出多种新型技术。5G移动通信息网络突破了多项关键技术，体现出系统性、综合性、应用性的特点，在通信网络中发挥着决定作用，推动了多个行业的发展。

关键词：5G通信;通信网络;关键技术

0 引言

随着社会的发展，通信网络与社会发展的联系更加紧密，移动通信网的发展也催生出各种新型的行业。当前通信网络的发展方向是低时延、高可靠、大规模，可以满足垂直行业客户的新型需求，提供定制化的业务[1]。当前已趋于成熟的5G移动通信技术可以创造出新型的商业模式，将全面推动通信网络的数字化、网络化和智能化升级，可以为战略新兴产业的发展与经济增长提供新的动力。

1 5G移动通信网络的特点

5G移动通信网络选择了更加科学的无线网络演进策略，技术方案综合考虑了用户需求、后续技术升级、网络平滑过渡等。无线网络演进需综合考虑到了覆盖能力、综合造价、规避频段组合干扰以及产业链发展的需要。5G移动通信网络优先采用了独立组网，采用了64端口、192振子网以实现大规模天线覆盖。网络设计也考虑到了4G与5G基站耦合的需要，对非独立组网终端侧LTE频段与NR频段存在的干扰问题，选择了独立组网架构。

5G空口技术框架结合场景、性能、频段、设备功能、造价等，依据需要实现技术的最优组合，参数的优化配置，保证空口技术方案的适用性，业务可以定制化，可以灵活应对5G技术下的新场景与新业务对通信网络的需求，兼容问题得以有效满足解决[2]。

5G网络架构包括了多项关键技术，如接入云、控制云、转发云。借助接入云，可以保证多种无线制式的高效接入，可以对无线接入点实施系统化的控制，有有效适应多种回传链路，保证了无线资源利用率，无线资源管理更加高效;控制云实现了会话控制的高效，可屏蔽网络存在的开放接口，有利于保证业务的部署效果;借助转发云，能对网络资源加以集中控制，数据转发更具有灵活性，海量数据传输可以保证高效与可靠。

2 5G移动通信网络借助的关键技术

2.1 借助覆盖增强技术

针对网络应用，覆盖增强技术针对密集条件下异构组网以及云后台。有统计表明，通信技术在第1代到第4代的发展中，通过密集异构组网可以降低小区半径，这种方式有利于保证频谱效率增益效果。这也表明缩小小区半径来提升频谱资源的空间复用是未来通信发展的趋势，也是保证业务功能得以实现的关键技术之一。传统的通信技术采用降低小区半径来实现分裂，小区覆盖范围如果减小，难以得到最有效的站点位置，难以进行后续的分裂。5G技术针对异构网络中，借助宏站与低功率基站实现覆盖，异构网络可以兼容CDMA，LTE 等，站点密度的增加使得节点间距离减少，不同网络节点距离可以更近，保证了网络通信 中的频谱效率与容量。5G技术依托中心式云后台。这一技术使得云服务运营方式更加靈活、安全、可靠。中心式云后台的应用采用了标准化的方式，可以保证增值服务的高效，对于用户终端来说，能获得更多的应用领域，5G网络的利用率得以提升。针对网络安全，5G技术借助了量子密码学来完成云控制计算。采用中心式云后台还以提升资源的利用率，降低物理层面存储支出，缩减存储器代理费用。覆盖增强技术的最大优势体现在，广域覆盖通信场景的应用将业务的连续性、安全性作为目标，可以实现100 Mbit/s以上无缝接入。

2.2 借助频效提升技术

2.2.1 天线技术

在MIMO条件下，信号接收端与发送端通过大范围的天线部署来实现接收和发送，天线数量会增加到几百根，由于天线的增加，而频谱资源不增加，这导致总功率耗损增加，因此需要增加信道容量，以提升吞吐量与可靠传送距离，保证通信可靠。5G时代的移动通信应用了大规模的MIMO，线性预编码的应用与信号检测技术的实现，能降低传输噪声与信号快速衰落存在的影响，保证小区内不受到干扰。MIMO技术应用于节点扩展与传输部署具有优势，因此推动了5G 网络的发展。

由于节点扩展技术得以应用，可以发挥4G通信网络的作用，借助定向天线来消除限制因素的影响。在信号传播中，角度会不定向加以扩散，扩展等级受到影响。由于应用了大规模 MIMO，基站天线原有的阵列不会受到空间与时域改变的影响，特别是上行导频为时分双工估计信度，5G传输得以保证。采用了新型的部署和框架，利用低增益谐振天线阵列取代原有的基站，部署天线阵列更具有灵活性。

2.2.2  传输波形技术

高速无线通信中的传输模式WiFi与LTE采用了OFDM，区别于原有的 FDM 模式，提升了频谱利用率，抗频率可利用FFT/IFFT模块，易于操作。OFDM作为5G传输的核心波形技术，性能参数可以保证。

5G结合不同场景的特点采用了相应的传输技术来满足信号差异化的需求，滤波器组通过多载波能有效提升物理频谱利用效果，可以在不同频谱条件下实现共享。传统模式下，采用OFDM难以实现同步载波，会存在干扰，滤波器组借助多载波能实现时间同步，消除载波间存在的干扰，信道的性能得以提升。

2.2.3  非正交多址接入技术

频谱效率与链接用户是保证通信的关键，5G网络的等级得以提升，网络架构具有了高速超宽带、低时延的特点。由于非正交多址接入技术的应用，增加了功率域，这导致了用户路径损耗能复用。功率域从单用户发展到现有的多用户共享，保证无线接入效果。借助功率域复用可以实现不同用户的共享，为了弱化持续干扰的不利影响，在信号接收端可以加SIC，通过干扰器与信道编码能识别出用户信息。针对不同信号的发射，借助NOMA叠加能不同路径的损耗加以控制，信号增益得以实现。扇区内的通信设备能高效接入带宽，有利于缓解规模化网络的不利影响。

2.2.4  调制编码

4G 通信网络调制编码采用了 MIMO OFDM 技术，为了实现更高层次、更大范围的吞吐，高频谱利用率得以提升，可以在高速度条件下完成传输，特别是5G调制编码保证了频谱利用率。二维映射由于扩展到三维映射，导致天线物理定位能携带多种发送信息，频谱效率扩大;天线可以保持每时隙状态，避免信道发生相互干扰，解决了同步发射问题。射频链的应用降低了成本。5G针对频谱的利用率借助了频移键控（FSK）与正交幅度调制（QAM），实现通话质量有效优化。

频效提升技术有效减少了干扰和导频污染，充分利用多窄波束提高单小区容量，数据传输速率可以满足网络极高的流量密度，在深度覆盖场景中借助精确波束赋形实现了深度覆盖，减少信号之间的相互干扰，提升了业务质量。

2.3  频谱扩展技术

2.3.1  认知无线电技术

随着移动通信技术的发展，频谱利用率可以发挥认知无线电技术的优势。由于具有了认知功能，无线通信可借助空闲频谱资源的开发来提升无线通信服务效率，发挥“频谱空穴”的作用，保证功率、频率、调制动态参数的利用效果。5G采用认知无线电技术体现出多方面的优势：可以感知到特定频段，可以检测到频谱资源;能分析出信道状态值;确定信道容量饱和度;对功率加以控制，对频谱加以高效管理。

2.3.2  毫米波通信技术

从当前通信网络的发展来看，微波频段资源趋于枯竭，5G技术实现了高频段带宽的应用。通信网络采用了毫米波，除有效缓解了现有的频谱资源紧张外还能提升通信容量[3]。5G通信网络采用了超密集异构，从毫米波的特点可以看出，波束集中的应用保证了能效;信号传输的方向性与抗干扰效果好;波束窄不易受到外部的干扰，能保证通信的安全靠，降低邻间存在的干扰。毫米波在短距离通信传输中的应用体现出优势，可建立Backhaul 链路;毫米波条件下的通信传输速率达到了10 Gbit/s;毫米波通信成为未来通信技术创新的发展方向。

2.3.3  可见光通信技术

当前通信网络用户规模不断扩大，并且還要保证传输视频以及多媒体的需要，这导致频谱资源趋于紧张，针对频谱拓宽，可以借助可见光通信。可见光通信具有多方面的优势，如广泛性、高速率性，还体现出宽频谱、高保密性的特点，具有实用性、造价低等特点，可以应用于物联网。在5G的发展中，可见光通应用于短距离通信具有优势，可见光谱带宽是传统无线光谱的数十倍，能提升通信传输速率，信号源更加简单，可靠性更强，可用于高宽带通信。

2.4  能效提升技术

通信经过多级传输后，发射塔最后的发射能量发生衰减，仅为原有的2%，所以提高能效体现出多方面的应用价值。多域协同管理能提高能效。多域协同管理保证了无线资源的利用率，话音、数据、多媒体、用户域可以实现协同利用，借助码域、空域、频域、时域、能量域，资源实现了高效管理，解决了能效管理中的多约束、多时变、多维度问题，发挥了协同作用，多用户共享资源问题得以解决，系统的容量扩大了[4]。多域协同针对网络资源与用户进行自适应调控，对于业务处理保证了时间与空间的自适应。多协同保证跨层资源的利用率;实现了跨网资源的优化配置。能效提升技术对设备的链接提出了更高的要求，在保证链接效果的基础上，数据传输具有了更低的成本。

3 结语

5G移动通信网络应用了更多的关键技术，这些技术的应用解决了传输速率、容量、延时问题。这些技术的应用对于保证5G移动通信的应用起到了推动作用。明确5G网络架构应用到的关键技术，有利于深入了解5G通信网络，明确通信技术的发展方向。

[参考文献]

[1]魏克军.我国深入研究5G概念和技术路线努力推动全球形成共识[J].世界电信，2015（12）：35-40.

[2]陈骞.全球5G进展与趋势[J].上海信息化，2017（5）：80-82.

[3]陈秀娟 .5G移动通信网络关键技术分析与研究[J].中国新通信，2017（7）：4-5.

[4]方汝仪.5G移动通信网络关键技术及分析[J].信息技术，2017（1）：142-145.

（编辑 傅金睿）