基于5G 网络的无线通信资源分配技术的应用

2023-02-19广东省电信规划设计院有限公司高德金

数字技术与应用 2023年1期

广东省电信规划设计院有限公司高德金

频率是无线通信系统中最有价值和最关键的资源，涉及的资源分配技术也备受关注。在此基础上，针对移动通信技术的发展进行简要的介绍，深入探究5G 无线通信的特征以及技术的发展方向，在此基础上，对5G 网络中的无线资源配置原则和方法进行了探讨。

5G 技术是4G 技术发展的延伸，它具有高频次、高速率的特点，目前5G 是移动通信的又一个新的发展阶段，其中最宝贵的就是5G 的资源，而5G 的资源配置是5G 网络发展的核心技术，在进行资源配置时有许多问题和影响因素需要研究。

1 移动通信相关技术的发展

在此期间，通信技术主要有5 个发展阶段，其中以3G 网络技术最为突出，而在此期间，主要是以多媒体技术为主导。接下来就是现在被普遍采用的4G 技术，这是一种与之前的通信技术完全不同的技术，其数据传输速度远超之前，但是，随着移动互联网越来越普遍，人们对网络的需求也越来越大。为了适应用户对网速的需求，5G 无线通信技术应运而生。当前，与4G 技术相比，5G无线通信技术在整个网络架构和多种通信标准方面都有了很大的提高。比如5G 网络的无线通信技术，其传输速度要快得多，其峰值可以达到数十Gbps。移动通信的历史发展阶段图如图1 所示。

图1 移动通信的历史发展阶段图Fig.1 Historical development stages of mobile communication

2 5G 网络无线通信的特点

2.1 自身特点

5G 网络最大的优点就是速度快、稳定性好，这是5G 网络一个很好的优点，利用5G 网络，可以增加信号覆盖范围，这样不仅可以打破空间的限制，还可以提升数据的处理能力。5G 无线通信技术要求采用系统所选的通道进行数据传送，采用最快的信道提高了网络的传输速率，从而避免了网络的拥挤。

而且，5G 网络的无线通信技术具有很高的频谱利用率，虽然在4G 网络中，其使用效率得到了提高，但并没有达到预期的效果，在5G 网络中，其频谱利用率有了很大的提高，降低了对覆盖范围的限制，从而提高了频谱利用率。

2.2 技术特点

2.2.1 超密集异构网络

5G 网络最大的特点就是高速和宽频，这就要求网络的承载能力更强。随着5G 时代的到来，将会带来大量的数据流，所以在5G 网络中部署更多的5G 基站，这就是5G 中的超级高密度异构网。据有关推论，5G 网络所需的基站数量要远远多于4G，每一个结点之间的距离应为10m，必须符合某一特定地区的使用者所提供的支援标准。5G 技术虽然可以有效地提高网络的利用率，同时也可以增加频率资源，但同时也会产生一些诸如干扰、多个结点所造成的建设问题。

2.2.2 自组织网络

传统的网络资源配置方式主要是人工资源的分配，这种方式不仅效率低下，而且对人力、物力的消耗也非常大，此外，5G 网络的容量也在不断地增加，所以，如果再用人工方式来进行资源分配，将会非常困难。因此，自组织网络技术是一种智能化的网络技术，其可以根据不同的负载容量和需求，对相邻的基站进行资源配置，使资源更加合理、高效，从而增强了网络的自愈性。比如，当一个基站发生故障时，自动控制网技术能够探测到故障基站的具体位置，并将其记录下来，从而极大减少了维护费用。

2.2.3 资源分发网络

5G 技术不仅可以应用到物联网、车联网等领域，还可以提供大量的视频、音频等数据，但同时这种信息会极大地影响到网络的传输和带宽。采用资源分发网络技术，在流量不断增长时为5G 网络的应用添加了新的资源分配层次。该方法类似于因特网上的分布式服务器，其是利用系统对节点的工作状态进行分析，将数据存储到用户身边的服务器上，以减轻网络拥塞的问题。

2.2.4 信息中心网络处理技术

为了解决实时的音频和视频业务，采用传统的传输协议方式难以满足业务的需要，因此，5G 网络就产生了一个信息中心的网络处理技术。这个理念主要是透过资讯的发布与传送，使用者能更好地完成使用者的服务，而且本技术具有较强的扩展性，能够很好地处理所遇到的问题，使用者能够更快地使用网络。另外，云计算服务在因特网技术上已有相当的发展，其应用范围也相当广泛。5G 技术是移动通信技术，也是互联网的延伸，在一定程度上已经取代了互联网，因此，云计算技术也可以应用到5G 技术中，提升计算能力[1]。

3 5G 网络无线通信资源分配模式

3.1 D2D 模式

D2D 是一种以点对点的方式进行无线资源的分配。在实际使用中，用户无需通过基站，就可以直接使用蜂窝网的信道来满足用户的需求，在容量、速率等方面具有明显的优越性。此外，D2D 模式的初衷是为了减轻基站的数据传送压力，目前为了提高D2D 模式的使用效果，D2D 的分配资源信息可以先在CCCH 上进行广播，使UE 检测附近有无相应UE，并将检测结果上载到基站，减少D2D 和蜂窝通信的干扰。要知道，在实际使用时，基站是一个大型的集散控制中心，采用D2D 方式来调整，虽然可以在一定程度上减轻基站的负荷，但也会增加基站的信令开销。目前，为了有效地解决以上问题，深入探讨D2D 模式下的资源配置是非常有必要的[2]。

3.2 中继模式

中继方式的覆盖面积和容量都很大，在目前5G 网络的高度集中的情况下，其适用范围更广。中继模式是指在信号发送时，将接收到的信号进行放大、转发，这种工作方式称为AF 模式；通过对接收的信号进行解码、转换，将其转换成DF 方式，通过对比，可以看出AF方式由于信号要经过放大才能进行传输，所以信号会受到噪声的影响。

4 5G 网络无线通信资源分配遵循的原则

4.1 保障消费者的使用体验

当前，5G 网络中的无线资源配置工作，应明确工作开展的首要原则是提高用户的舒适度和便捷性。特别是，5G 技术比4G 更能有效地拓展媒体的传播方式，其存在让现有的媒体内容更加丰富，但技术模型也更加复杂。同时，在目前的网络系统中，使用者的使用经验与系统的无线资源管理方式有着直接的关系，例如比特级及资料包级的电源设定方式，其电源分布方式与使用者在不同的使用环境下所需的各种需求的效率有着紧密的关系。在目前5G 网络中，为了确保系统能真正满足数据吞吐量、延迟和数据丢失等方面的需求，有关部门应根据用户数据的发送时间先后次序，制订出合理的资源配置方案，提高系统工作质量[3]。

4.2 保证资源分配的公平性

在目前5G 网络中，无线通信资源配置的公平性问题，也是有关部门工作人员应关注的问题。特别是，因为5G 网络的资源有限，不可能真正满足所有用户的需求，在这样的大环境下，如何保障资源的公平分布，使每个用户都能得到公平的使用，就成了一个非常关键的任务。通过对用户的网络信息利用状况的调查和分析，可以看出，由于各用户在信息信道的时间频率和空间层次上都有很大的差异，如果工作人员只按照公平的原则来平均分配资源，就会导致资源的利用率下降，从而造成资源的浪费。在此背景下，有关部门在5G 资源配置时，必须加强对资源配置的公平性和有效性的重视，真正做到在资源配置中最大公平和最小平衡、事件类型和实际比例等多种平衡[4]。

5 优化5G 网络无线通信资源分配的方法

5.1 优化高频谱无线通信资源分配技术

技术上，6GHz 以上的频谱资源具有很好的方向性和高的数据流密度，可以很好地满足用户的短距离数据传送需求。目前，为了获得更多的物理宽频资源，有关部门可以将宽带业务扩展到6GHz 或更高的频率。因为高频频谱无线通信资源具有可利用的物理频带，所以，30GHz 以上的物理频带在实际应用中对数据传输的需求也比较大，例如，在利用高频频谱物理通信资源传输4K、8K 视频通信数据在进行远程虚拟交互时，用户必须提高传输的稳定性，以确保传输的质量达到用户的要求。对于目前的移动运营商来说，为了保证6GHz 以上的频谱无线通信资源，可以在不同的情况下，有效地支持5G网络的无线通信技术，为了确保后续的数据传输的可靠性，相关工作人员必须根据不同频段的频谱资源的物理特性来划分所支持的场景[5]。

5.2 优化低频谱无线通信资源分配技术

与4G 相比，5G 技术在性能上有了很大的提高，可以更好地适应不同应用场合的需求，但是，由于低频段无线通信资源的分配，对性能和下级频段的需求有很大的差异，为了确保资源配置的可靠性，有关工作人员必须根据信号资源的具体用途和服务类别，选择适当的物理工作频率，使信号资源更好地满足各种应用场合对信号传输距离、速度等要求。例如，目前在低频带上使用低于60 赫兹的低频切割机，不但可以保证信号的传播效果，而且可以满足某些场合对信号进行远距离传输的需求[6]。

5.3 完善资源分配结构体系

在目前5G 网络中进行通信资源配置的优化工作中，为了确保优化工作的进行，有关部门必须改进现有的资源配置结构。特别是近几年，由于5G 网络系统的建立和完善，使得资源配置工作变得更加复杂，而由于各城市的网络建设速度的差异，使得资源的调配变得更加困难。在现阶段，为了有效地提高资源配置的效率，有关部门必须在了解目前的用户对网络资源的需求和目前的城市网络系统建设状况的基础上，合理运用计算机技术和大数据技术对资源配置工作进行收集整理，合理选用高素质的员工，优化资源配置体系，提高现有资源配置工作的质量[7]。

为了有效地减少这些问题对使用者的无线通信造成的影响，有关部门可以利用该网络系统，构建一个科学的数据传输节点，明确城市不同区域、不同时段的需要，在此基础上，确定信号覆盖的需求和技术要求，确定合理的分配任务，确保了资源分配的科学性和合理性，为建设城市通信网络提供有力的支撑。

5.4 优化创新资源分配技术

在现阶段，为了有效地实现技术上的优化和创新，确保无线通信系统能真正地适应当今社会的需求，各有关部门必须提高职工的技术素质，提高其工作能力和创造力，确保工作人员在进行无线资源配置工作时，能根据实际情况，对其技术优势的特征进行有效的分析，从而提高资源配置的质量[8]。

5.5 蜂窝通信系统的应用

当前5G 大容量的典型应用，可以采用宏微、异构、高度密集的组网结构，实现5G 网络的高速率需求，在这样密集的蜂窝式网络系统中，可以缩短基站和使用者的距离，从而减少发送时的无线能量损耗。

目前，在移动通信系统的应用中，首先要把D2D 技术引入到移动电话网络的建设中，这样才能真正地提高移动通信资源的利用率和有效的带宽资源利用率。在上行链路中，采用自适应阵列接收技术，能有效地减少多址干扰，提高系统容量：该技术用于下链路时，能有效地将信号有效区控制在100～200 波长的距离上，使信道干扰降低，使台周围的信号有效面积达到100～200。