5G 移动通信技术在通信工程中的应用

陈晓鹏

（兰州信息科技学院，甘肃 兰州 730300）

5G 通信技术是五代移动通信技术的英文缩写，采用1～10 mm 波长进行数据传输，频谱为中、高频段，具有高速率、低延迟和大容量数据传输等优点，可以达到较好的通信质量，但传播损耗高、网络覆盖成本高，需要通过MIMO、波束聚合等技术作为支撑，这样才能覆盖更广范围。5G 技术与现代生产需求进行结合，可以推动各行业向着智能化方向发展，已经成为通信工程领域关键技术，在通信传输中发挥着重要作用。

1 5G 原理与关键技术

1.1 通信组网

1.1.1 非独立组网(NSA)

全球很多移动运营方都采用NSA 非独立组网模式，具有组网时间短、前期投入低等特点。根据控制面和用户面不同来选取具体的NSA 组网方式，主要以4G 核心网+4G 基站和5G 基站进行混合，在降低组网成本的同时实现5G 功能。将用户面数据划分为两部分，4G 基站不能实现的通信由5G 基站来完成，余下数据交由4G 基站。该组网是基于4G 核心网来接入，没有独立运行的5G 核心网，需要4G、5G 接入网实现互通，技术实现比较复杂，需要支持LTE、NR 连接，终端成本上不占有优势。从技术角度分析，SA 技术要比NSA 技术更为先进，但选择该方面会对4G 设备进行利用，有助于快速实现5G 组网投资。NSA 组网是过渡方案，可以在短期实现对5G 技术的应用尝试，最终会退出。

1.1.2 独立组网(SA)

以5G 核心网、无线网作为实现SA 组网的前提条件，将新建5G 基站作为终端、核心网的中转站，做到真正的独立组网。以全新5G 核心网与无线网进行组网可以最大程度地发挥出技术性能，但需要投入更多的资金。以4G 基站为基础进行升级来接入5G 网，也可以实现独立组网，具有较高的技术经济性。SA 组网可都采用5G 架构和核心网，与4G 互通难度较低，接入核心网级就可以实现，终端采用NR 单一无线接入技术即可满足要求。SA 组网更为合适，但由于运营不能在短时期内放弃4G 网络，运营商大多在保证原设备功能的前提下，让用户感受到5G 技术带来的快捷体验。

1.2 5G 移动通信功能特点

与4G 技术进行比较来看，有如下功能特点：①增加移动宽带。5G 技术先进性体现在数据传输速度方面，最高可以达到10G/s，该速度可以满足用户对数据通信的要求，5G 增强型移动宽度可以保证数据移动性、业务连续性不会受到影响。②海量物联网。物联网会对推动经济发展，物联网的实现与传统通信网络不同，在属性与流量模型方面有着很大的差异，物联网要面对网络协议无法解决的问题，还应该采用多种流量模式来满足服务质量，采用5G 技术可以很好地解决物联网技术难题。③超低时延。5G 技术具有低时延、高可靠性等特点，现已经应用AR/VR、AI 机器人、智能制造等领域，随着5G 物联网的应用，IOT 将业务将会推动5G 业务的成熟。

1.3 5G 移动通信关键技术

1.3.1 毫米波技术

运行频率在30～300 GHz、波长为1～10 mm 可划入毫米波电磁信号，再借助带宽、天线又重增益，毫米电磁波可以达到超高传输速率，可与多种终端设备连接。毫米波通信可以灵活绕过阻碍，达到高速数据传输的效果，如果终端信号较弱则可以通过毫米波提高传输速度，降低信号传输时的信号干扰。很多无线接入技术叠加网络，都需要借助毫米波通信，建设毫米波基站，可以提升高速移动通信用户体验，宏基站、小基站都采用低频段，用户在使用时会存在信号频繁切换的问题，需要对当前的通信模式进行优化，宏基站运行在低频段可以起到通信控制平面的作用，小基站运行高频段可作为用户运行数据平面。通信回程采用毫米波通道，可以按照数据流量增加情况来合理部署小基站，也要以在数据量小、空闲段关闭小基站，这样可以起到节能效果。

1.3.2 大规模MIMO 技术

WIFI、LTE 等都采用MIMO 技术，频谱效率和信号传输可靠性都与通信天线数量呈现出正相关，很多LTE 基站为水平排列，波束为水平方向，天线数量多相应的尺寸就会增大，给安装带来困难。5G 天线采用大规模天线阵列系统技术，也被称之为LSAS技术，可提升空间自由度，水平或垂直方向均可放置，可增加波束维度和降低天线耦合产生能耗损失，有利于降低运营成本。LSAS 技术的灵活性可实现对波束方向的动态调整，形成满足用户使用需求的特定波束，也可结合波束方向准确区分出用户类型，形成的三维波束空域粒度更为精细，每类用户MIMO 性能都可以得到改善。

1.4 5G 移动通信存在的问题

1.4.1 损耗问题

5G 移动通信为高速率传输方式，但会存在传播损耗和穿透损耗，传播损耗与频率为平方反比关系，穿透损耗与频率不存在线性相关，相同介质穿透损耗会随着频率上升而增加，但与介质本身性质也有关，钢筋混凝土建筑会高于玻璃幕墙的穿透损耗。

1.4.2 频繁切换

很多5G 信号运营商采用NSA 模式，4G、5G 基站并存，如果相邻小区切换带设置不合理，用户使用5G 信号时会存在掉线、切换速度慢等问题，需要对相邻小区参数进行优化，避免出现信号频繁切换问题。

2 5G 网络优化

2.1 单站验证

单站验证工作主要有准备、测试与分析、建议与实施、验证报告四个环节，准备工作主要有硬件和软件准备、确定采用的测试方法、查看站点运行参数、查看站点状态，准备完成后进行测试与分析，检查是否存在问题，如果确定没有问题则输出单验报告。如果存在问题则单验问题记录，并对运行参数进行调整，核实参数调整是否通过，如果没有通过则再次进行调整，完成参数调整工作后实施调试动作，然后转入测试与分析流程。

单站验证为5G 网络优化中的重要环节，验证时要确保每个小区通信接入性能、数据能力达到正常使用要求，目的是为解决网络信号覆盖不足引起的掉线和接入失败问题，进行验证可提高对问题的准确定位能力，是进行联合优化的前提条件，可以为后续优化打下良好的基础。对站点参数进行检查，得到5G 网络配置数据，与前期规划数据进行对比分析，查看数据偏差情况。5G 网络组网应用NSA 方式，在进行核查数据时要确保NR 侧数据相符，还应该使LTE 则数所配置和规划相同，所以，单站验证站点数据要进行全面地核查。站点状态检查需要多现场得得到站点运行状态，查看LTE、5G 小区运行是否异常。对测试工具、UE 终端和软件等进行检查，查看是否存在运行异常，测试车内运行时速应该合理，存在测试异常时应该减速，为防止相邻基站对测试产生影响，可在单站测试激活相邻基站的小区。

数据业务测试是重要的测试内容，对小区信息传输速率进行测试，主要采用FTP 测试、灌包测试方法，进行定点和移动测试，先对FTP 测试进行优化，对上、行速率进行测试，要确保测试硬件负荷满足FTP测试需要，避免由于硬件性能差异引起测试结果异常。进行单站验证时，如果UE 接入网络运行正常，可是无法进行切换，应该先对无线信号进行检查，查看RSRP、SINR 数值偏离情况，检查NR 小区邻区关系是否已经添加好，存在站间变更应该检查锚点站至目标NR 小区是否已经添加完，X2 配置是否完成。

如图1，智能终端接收到获取待测试站点的基本属性参数的指令后，通过网络从服务器中获取所述待测试站点的基本属性参数，以及测试用例。

其中，图1 中包括用于进行单站验证业务测试的测试项目，以及与所述测试项目对应的预置的测试条件。

图1 5G 组网的基本结构形式

其中，较佳的，智能终端中可以预先安装有预设的测试应用，则步骤101 中用于获取待测试站点的基本属性参数的指令：智能终端检测到用户在测试应用的用于获取待测试站点的基本属性参数的输入框中输入待测试站点的名称；或者该指令还可以是由两个操作组成：首先是智能终端检测到用户输入的距离当前测试位置的搜索范围。

该搜索范围距离当前测试位置50 m，或者表示地理区域的名称，例如某某公园等。该搜索范围用于提交给服务器，以便于服务器查找当前测试位置附近的站点并反馈给智能终端。由于限定搜索范围后服务器返回给智能终端的可能是至少一个站点，故此，智能终端再进一步接收到对至少一个站点的选择指令后，将该选择的站点作为待测试站点，开始获取该站点的基本属性参数，以及测试用例。

其中，待测试站点的基本属性参数为用于进行单站验证业务测试的参数，例如，站名、基站ID、小区ID、天线方向角、基站的经纬度信息等。

步骤102：从当前服务站点的空口信令中获取所述当前服务站点的站点ID。

其中较佳的，对于宏基站，可以从空口信令中获取该宏基站的eNB(演进型基站)ID，作为站点ID；对于待测试站点的小区，可以从空口信令中解析出该站点的小区的小区ID，以便于进行测试。

步骤103：判断所述当前服务站点的站点ID 与所述待测试站点的基本属性参数中的站点ID 是否相同。

步骤104：当所述当前服务站点的站点ID 与所述待测试站点的站点ID 相同时，发出所述当前服务站点为所述待测试站点的提示。

其中，在一个实施例中，提示当前服务站点为待测试站点的方法可以是音频、图像或文字，只要能够使用户辨别出步骤103 的判断结果的提示方法均适用于本发明实施例，本发明对此不做限定。

步骤105：接收对测试用例的选择指令。

步骤106：根据选择的测试用例以及所述待测试站点的基本属性参数，进行单站业务测试。

2.2 簇优化

在进行簇优化前应该对关键要素进行核查，制定出测试方式，单站验收入网等，NSA 控制面优化是对LTE 锚点性能和辅小区组性能。切换门限调整优化，会对邻区数据切换造成影响，对于NSA DS 用户，MeNB 切换触发乖和LTE 用户相近，可对NSA DC用户采用同频/异频切换门限。异频切换场景应该利用参数异步切换策略组来将不同QCI 与ID 进行匹配，对不同策略组ID 利用LTE 至异系统策略配置异频切换门限。NSA DC 用户利用LTE 至UTRAN 异系统配置异频切换，同频切换与异系统配置基本相同，再配置与LTE only 不同策略组，可以对移动切换门限进行分别设置。小区对切换参数调整优化，当测试路线确定某个方向并进行行驶，两个小区间只可进行一次切锦，可进行调整来准确变化切换位置，这样只会地邻区产生影响。邻区关系调整优化只添加LTE 邻区和NR 邻区关系，同频邻区只调整邻区关系和NR 邻区关系。

NR 用户面优化方面，进行CCE 聚合等级优化，针对信道质量佳的小区，存在严重问题时进行参数优化会减小CQI 偏置，可以减少CCE 拥塞。进行RB调度不满优化，如果UE 切换至目标小区，RB 调度不满时可以进行乒乓切换优化，可以降低切换次数。AAU 超温会启用降额调度，进行重启、冷却等措施来处理。关闭SIBI 调度，不采用SIBI 进行广播RMSI，其内容经过RRC 信令，UE 开始接入NR 以前进行发送，可以关闭SIBI 来降耗。提升信道RE 资源优化，可以在信息质量佳的情况下，将PDCCH打开，可以提高资源增益。TRS 剩余资源打开，无法进行数据传输，关闭时可以进行数据传输来提高资源增益。

Rank 优化方面，由于Rank 会受到物理环境影响，可将其限制在1、2 阶，检查UE 下行天线差异，更改切换门限等方法。MCS 优化时可以进行CQI 优化、CQI 不上优化，切锦后爬升慢优化、MCS 波动大优化策略，避免MCS 值受到影响。

3 通信工程中应用5G 技术分析

3.1 通信工程建设

无线通信网络基站是当前通信工程建设的主要内容，5G 技术应用于通信工程建设，可以拓展网络覆盖面，提升用户使用网络的体验。目前，采用无线通信技术进行通信网络建设需要投入很大的资金，再受到网络拓结构的影响，通信容量的进一步提升会受到制约，无法达到实时通信的要求。5G 移动通信应用于通信工程可实现端对端的通信，可以达到数据信息近距离传输的要求，更好地保证数据完整性、准确性，还可以防止出现中间节点干扰问题，通信传输速度与效率都可以进一步提升，减少数据通信时产生的损耗，有利于建立起多结构、多渠道的复合通信体系。

3.2 智能通信

通信工程应用5G 移动通信技术，可以满足国家提出的智能化、信息建设规划要求，不但在5G 手机等智能终端设备，还应该应用于电子显示牌、路灯等市政基础设施领域，提升城市的智能化、信息化管理水平。进行智能通信建设时，应该进行架构设计，为后续的其他信息接入预留好端口，保证数据信息的高效和安全传输，为智慧城市建设提供技术支持。

4 5G 技术的发展趋势

综上所述，5G 通信技术的研究会更为深入，对促进通信工程质量提升发挥着重要作用，也会为用户带来更好的网络使用体验感，用户数量也会越来越多，具有良好的应用前景，可为我国通信产业建设打下坚实基础。