5G移動通信技術及發展分析
通信，作為我們生活中的重要人際交往手段，正在朝現代化、多元化方向發展。為了滿足當前科技網絡的發展需要，我國進行了全面的移動通信技術改革，而目前的主要改革方向之一就是5G移動通信技術。下面是小編搜集整理的相關內容的論文，歡迎大家閱讀參考。
摘要：5G移動通信技術作為后4G時代的衍生產物，成為面向2020年所推崇的新一代智能型移動通信系統，其發展狀況備受社會公眾的關注。目前，以4G為典型代表的移動通信技術正處于快速建設階段，5G移動通信發展進入初級探究工序，相關技術要點、性能特征、網絡功能還有待進一步探究。因此，明確5G移動通信系統的定位內容成為當下的實踐要務，對移動通信網絡的持續發展具備積極影響。基于此，本文結合5G移動通信技術，論述基本發展現狀及其關鍵要點，為其提供幾點優化意見，以供相關研究參考。
關鍵詞：5G移動通信;5G關鍵技術;無線網絡;云計算;D2D通信
引言
自網絡技術正式進入應用階段后，移動通信成為人們生活中必不可少的構成部分。倡導高性能、高效率的通信系統，早已成為社會公眾積極追求的實踐要務。4G移動通信最早起源于2000年的中后期，面對無線技術的高數據傳輸速率，第四代無線通信技術難以全面適應數據速率理論需求，而5G通信系統因2012歐盟所啟動的METIS項目備受關注。當前，開展5G移動通信網絡研究活動顯得尤為關鍵，便于穩定移動互聯網的基礎性能[1]。5G移動通信系統整合以往通信機制的便利優勢，杜絕單一化的無線接入技術，基本傳輸速率可達10Gb/s，自身覆蓋率相比其他通信系統更具實際效益，成為實際可行的融合網絡，值得應用于實踐研究。
一、5G移動通信技術的發展現狀
在3G/4G通信技術的持續發展背景下，5G移動通信技術因其獨特的研發特征，成為通信行業的新一代改革內容，也是后4G時代通信技術高效發展的關鍵要務。目前，5G需求及其頻譜、技術要點研究工作正在穩定運行。以“2018年完成IMT-2020標準、2020年確定5G標準”為設定方案，這與“中國863計劃”所涵蓋的技術研究核心理念不謀而合，為5G通信技術的優化發展提供了一定輔助條件[2]。基于5G初步驅動標準化活動，5G移動網絡的初始化定義為“以用戶為中心”。相比4G網絡的“以服務為中心”概念更具實際效益，5G網絡具有更高的移動性能，數據傳輸速率達到10Gb/s，早已成為社會公眾高度關注的移動通信技術。
二、5G移動通信技術的關鍵要點
2.1無線接入技術
考慮5G移動通信技術的設計特征，無線接入技術作為其關鍵性要點，以BDMA(射束分割多址技術)、NOMA(非正交多址接入技術)為基本內容，利用更加廣泛的信號寬帶，為用戶提供更加便捷化的應用指標。基于無線接入技術的應用范圍，BDMA圍繞FDMA(頻分多址)、CDMA(碼分多址)等內容，利用有限的頻譜資源來輔助多址接入系統，為5G技術的無線接口提供頻率、時間資源[3];NOMA作為一種新型調制方法，從OFDM信號入手，解決技術正交時間窗口的缺陷問題，達到傳輸時延、頻率補償建設目的，滿足濾波器多載波的同步頻率構造需求。為適應5G系統的內在容量、基本構成等技術特征，考慮MS位置的天線波束情況，在維持LOS狀態的基礎上，智能調整波束情況，具備穩定網絡技術可靠性能的技術表征。結合相關表征情況，目前所發明的BDMA技術、NOMA技術，可較快地適應5G的基本要求，如AOA(達角)無線配置、FFT塊CP信號參數等，具有較強的適用價值。
2.2超密集異構網絡
在5G通信技術的發展過程中，強化低功率節點數量、縮減小區半徑成為基本技術指標。超密集異構網絡是基于提升數據流量所衍生的構成要點，可保證5G網絡的智能終端普及效益。考慮2020年無線網絡所設置的無線節點情況，密集部署網絡可有效縮減終端設備與各個節點間的實際距離，便于增強網絡功率和頻譜效率，對不同接入技術的覆蓋層次性能也有所幫助。此外，從無線網絡站點與節點設置情況來看，依據現有站點的10倍以上范圍，并將其維持在10～15m范圍內容(每1km2滿足25000用戶需求)，緩解用戶基數與站點數值1:1比例情況。同時，結合網絡動態部署技術，準確感知各個相鄰節點，完成選擇網絡、協調節點間距、實現網絡業務等工序，為QoS需求所帶來的差異性提供優化舉措。以5G異構網絡超密集場景的跨層干擾協調優化為例，由于小站覆蓋范圍較小，微小區網絡具有能耗效率高、信號質量好等優勢。利用ABS站點配置策略，宏觀規劃節點區域范圍與鄰區間干擾情況，統計小站區域范圍自身所帶有的RB資源，為強化CRE擴展效益提供輔助條件，便于吸收區間吸收用戶數量，計算各個UE所提供的信息服務數據(跨層干擾協調優化方法)，協調用戶和業務各自的差異性，為其節能配置、節點協調提供輔助作用[4]。
2.3大規模MIMO
在2016世界電信標準化全會(WTSA16)中，與ITU-T(國際電信聯盟電信標準化部門)形成統一共識，我國正式提出推進IMT-2020(5G)標準化研究工作。這相比4G技術所提供的峰值速率增長至數十倍(連接100萬用戶/平方公里)，成為市場標準化競爭的核心技術。其中，大規模MIMO作為5G通信系統的關鍵技術，經由國際標準審核和檢定，正式融入關鍵技術指標研究工作，成為無線鏈路頻譜效率技術的典型代表，與“多用戶MIMO”概念具備相似之處，并與相同頻塊的用戶基站形成同步發展機制(當用戶數據達到一定數量時，頻譜效率可提升至5～10倍，與小區邊緣相關的能量更佳)，天線數量同比增加1～2個數量級，有效解決天線信道的容量問題。目前，大規模MIMO技術依然是移動通信領域容量潛力最為突出的技術之一。針對5G移動通信系統的關鍵技術問題，仍需有效解決。結合發送端和接收端所匹配的天線設備，穩定傳輸速率、傳輸可靠性，實現MIMO技術標準化進程，詳情參見表1。以大規模天線陣列方式集中模式為例，利用空間維度的無線資源，與小區用戶的平均頻譜效率相融合，立足于流量增長需求及10Gbit/s峰值速率、100Mbit/s用戶速率體驗，利用簡單的線形檢測(MRC)，與基站裝備大量天線的小區間干擾形式互成對比，控制無線開放移動平臺所構建的天線系統，基本容量可提升至6.7倍(1/16功率)，便于同時服務UE平臺[5]。
2.4信息中心網絡
傳統通信TCP/IP網絡難以實現全面海量數據的發布，而以ICN(信息中心網絡)為代表的技術指標日益明顯，被廣泛應用于移動通信網絡體制。立足于實時媒體流、網頁服務、多媒體通信等系統構造，避免以主機地質為中心的網絡體系結構，轉用ICN網絡通信模型，具有快速緩存信息數據、解析網絡信息等特點，并設定客戶端移動通信方案，如CCN、DONA、Netlnf、TRIAD等。在5G移動通信網絡監管體系中，注重利用ICN、IP的雙重結合，針對擴展性、數據移動性、數據部署等情況設定實用型目標戰略，與SDN(軟件定義網絡)相互融合，考慮數據平面與控制平面的網絡架構情況，并為其提供動態配置環境。例如：所提供的專用核心網絡組件、媒體服務器、虛擬機管理程序等網絡應用功能特征，為命名數據網絡(NDN)構造設計標準，提供通信模式的發布端點，如圖1所示。結合傳統IP網絡的設計模型，采用基于信息的安全機制，各種應用均部署于COTS硬件平臺上，與傳統水平分層構架相結合，設定新增接口協議，滿足5G網絡技術的架構及其端口流程需求。
2.5SDN/NFV
SDN(軟件定義網絡)與NFV(網絡功能虛擬化)是一種新型的網絡架構技術，利用數據分離、軟件化、虛擬化概念，為5G移動通信網絡提供技術支撐，也是歐盟所公布的5G網絡發展審核標準。SDN以基礎設施層(網絡最底層)、中間層(控制層)、最上層(應用層)為主，涵蓋了API網絡資源調用內容，通過控制網絡設備的應用平面，集中網絡控制功能設備儀器，具有簡化全網管理程序的功效(基本架構詳情參見圖2)。NFV是從網絡運營商的角度出發的網絡體系，利用IT技術平臺來實現功能虛擬化，并與所對應的功能塊相銜接，便于統一調用相關虛擬資源。在未來5G網絡應用中，整合SDN/NFV技術的擬定方案，通過數據交換、分離、轉發等業務流程，重新部署網絡經營體系，簡化無線網絡的架構設計程序(比如：Odin、OpenRF)，對降低基礎設施構建成本具有輔助作用。5G網絡架構發展至今，統一要求IMT-2020標準，即基于SDN/NFV網絡，集中應用于資料中心、云端、行動基地臺、家用網路等領域，具有提升網絡應用效率的功效，從而為用戶提供更加貼切的體驗服務。
三、5G移動通信技術的優化意見
3.1注重云計算，維護數據程序
面向5G移動通信時代，全球物聯網服務將突破500億連接格局，移動云計算成為其創新性服務技術的典型代表。結合5G移動通信技術的關鍵要點分析，明確移動行業內部的IT資源、信息服務情況，按照基礎設施、應用資源、數據存儲等內容，提供遠端智能計算服務，包括SssS軟件、PaaS平臺。結合無線接入網技術特點，構建分布式移動計算結構，達到保障云計算的客戶端服務功效。對于5G移動通信技術，其關鍵技術主要是幫助解決延遲和寬帶的問題，從而彌補非對稱數據傳輸能力的缺陷問題，為全速移動用戶提供超出150Mb/s的數據服務，加大移動通信網絡的整體覆蓋率，便于各種智能設備的全面應用。以某省市移動通信網絡研發課題為例，考慮4G/5G通信系統的異構網絡特征，提倡在引入無線新技術的基礎上，滿足現存制式的接入控制需求，構建無線資源來提升數據接入功率(各個頻段、小區之間的資源占比)。以云計算的“云化”功能、智能傳送網絡的SDN技術為基本構成，統一運營移動通信網絡，具有降低網絡管理成本的便利特征，深受地方群眾的一致好評。
3.2結合D2D通信，提升系統性能
在5G移動通信技術應用中，D2D通信技術(Device-to-Device)是基于LTE設備所沿用的基礎功能，以高度集成、接入技術為主要內容，成為一種大眾化移動通信工具。從D2D通信的構成需求方面來看，當傳遞終端用戶的數據變成整體傳輸內容時，利用直接對等D2D通信，可擴展常規設施的覆蓋范圍，轉用更加高效的高速通信合作手段，便于直接接收端口通信信息。實踐研究中，需要結合D2D通信的基本分類——帶內D2D通信、帶外D2D通信，與QoS配置提供相同的無線資源，與未授權頻譜的額外接口相連接(比如：WiFiDi-rect、ZigBee)，形成近似“蜂窩系統”近距離數據傳輸機制，如圖3所示。在目前的標準化組織3GPP中，已將D2D通信列為5G移動通信的關鍵技術，與“中國制造2025”計劃所提倡的智能化、個性化、大規模通信網概念具備直接關聯，為爆炸性增長的移動數據流量、海量終端設備接入系統提供輔助作用(各類移動智能終端設備市場普及率不斷增高，移動通信網絡承載數據流量增長至10000倍)。
3.3引入內容發布網絡，保障服務質量
基于5G移動通信技術與用戶服務器之間的密切聯系，CDN(內容發布網絡)結合智能虛擬網絡的便利優勢，考慮各個節點質量的連接狀態、負載情況、用戶距離等基本信息，構建多個代理server數據源，與CDN代理服務器形成同等距離的連接機制，達到降低互聯網動態網絡等級的目的。面對5G傳輸速率與系統容量方面的挑戰，通過增加天線端口(與5G傳輸速率相結合)，與LTE-A形成3～4倍的頻譜效率，指定新型多址技術與時頻資源、DNS所接收的相同內容相結合，明確代理服務器所獲取的數據信息，提升用戶體驗服務質量，如圖4所示。在IMT-2020(5G)組織標準下，考慮5G移動通信技術的頻譜領域需求，構建5G典型應用場景，其中以CDN、MIMO、OFDM技術為典型應用指標。面對不同場景及其業務需求，設定“20MHz寬帶、2天線收發條件、實現113dB自干擾消除能力”研發背景，展開5G標準化技術研發試驗，明確相關基礎設備、專業需求等基本內容，從而為5G產業鏈的構建奠定堅實基礎。
3.4倡導感知網絡，應用網絡約束
所謂感知網絡，即5G移動通信技術所倡導的情境感知技術，在支撐大量終端數據的基礎上，為用戶推送個性、智能信息服務。在情境感知技術的實踐應用中，考慮基礎設備、網絡元件、網絡數據庫、分析平臺等內容，立足于QoS移動性特征，以訪問服務屬性所映射的5G配置為基本內容，感知各個WSN節點所收集的傳感信息，并與計算機設備、PDA、智能手機等設備相聯合，主動為用戶提供舒適性服務。以5G移動網絡技術為代表智能運營業務，移動設備可支持多種無線網絡，由開放式傳輸協議來實現管控程序，利用情境感知技術可為網絡利用速率提供多樣化通信服務，用于訪問服務屬性映射至5G配置特征(基本屬性涵蓋安全等級、QoS、移動性、可靠性等)，并與基于Linux的開放源代碼操作系統相結合，涵蓋NFC、BLUETOOTH等無線通信平臺，為“網絡適應業務”提供實踐輔助(涉及相應業務應用、參照運營商業務策略等內容)。
四、5G移動通信技術的發展趨勢
整合5G移動通信技術的關鍵要點，圍繞技術要點的基本評判指標，從移動信號的覆蓋范圍、傳輸速率、系統資源、頻譜利用率等方面考慮，構建5G移動通信網絡應用機制，發揮通信網絡的基本功效。目前，5G通信技術主要以連續廣域覆蓋、熱點高容量、功耗連接、時延寬帶為基本應用場景，立足于用戶體驗速率、流量密度、能效及其連接數，成為當下解決的主要應用目標。在未來5G移動通信技術的持續發展中，以超密集異構網絡、毫米波通信、大規模MIMO技術等內容為典型代表，改建原有的OFDM技術(正交頻分復用)，為5G系統的關鍵技術提供更加便捷化的適用條件。從綜合實踐方面來看，5G網絡融合多種無線通信技術，可為解決頻率許可、頻譜管理問題提供參考價值，具有較強的安全性能、經濟收益。改革傳統的移動通信技術還需進一步努力，是當下移動通信技術應用的實踐研究課題。
五、結語
綜上所述，5G移動通信系統作為一種新型網絡技術。本文明確該系統的基本構成內容和發展趨勢，結合相關技術要點內容，提供合理化參考意見，以期為用戶提供更加便捷、高效的輔助作用。
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