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5G移动通信技术及发展探究

2017/5/21    来源:中国电信股份有限公司上海分公司    作者:刘影帆          
关键字:5G  移动通信技术  
5G移动通信技术作为后4G时代的衍生产物,成为面向2020年所推崇的新一代智能型移动通信系统,其发展状况备受社会公众的关注。目前,以4G为典型代表的移动通信技术正处于快速建设阶段,5G移动通信发展进入初级探究工序,相关技术要点、性能特征、网络功能还有待进一步探究。
    引 言
 
    自网络技术正式进入应用阶段后,移动通信成为人们生活中必不可少的构成部分。倡导高性能、高效率的通信系统,早已成为社会公众积极追求的实践要务。4G移动通信最早起源于2000年的中后期,面对无线技术的高数据传输速率,第四代无线通信技术难以全面适应数据速率理论需求,而5G通信系统因2012欧盟所启动的METIS项目备受关注。当前,开展5G移动通信网络研究活动显得尤为关键,便于稳定移动互联网的基础性能[1]。5G移动通信系统整合以往通信机制的便利优势,杜绝单一化的无线接入技术,基本传输速率可达10 Gb/s,自身覆盖率相比其他通信系统更具实际效益,成为实际可行的融合网络,值得应用于实践研究。
 
    1、5G移动通信技术的发展现状
 
    在3G/4G通信技术的持续发展背景下,5G移动通信技术因其独特的研发特征,成为通信行业的新一代改革内容,也是后4G时代通信技术高效发展的关键要务。目前,5G需求及其频谱、技术要点研究工作正在稳定运行。以“2018年完成IMT-2020标准、2020年确定5G标准”为设定方案,这与“中国863计划”所涵盖的技术研究核心理念不谋而合,为5G通信技术的优化发展提供了一定辅助条件[2]。基于5G初步驱动标准化活动,5G移动网络的初始化定义为“以用户为中心”。相比4G网络的“以服务为中心”概念更具实际效益,5G网络具有更高的移动性能,数据传输速率达到10 Gb/s,早已成为社会公众高度关注的移动通信技术。
 
    2、5G移动通信技术的关键要点
 
    2.1 无线接入技术
 
    考虑5G移动通信技术的设计特征,无线接入技术作为其关键性要点,以BDMA(射束分割多址技术)、NOMA(非正交多址接入技术)为基本内容,利用更加广泛的信号宽带,为用户提供更加便捷化的应用指标。基于无线接入技术的应用范围,BDMA围绕FDMA(频分多址)、CDMA(码分多址)等内容,利用有限的频谱资源来辅助多址接入系统,为5G技术的无线接口提供频率、时间资源[3];NOMA作为一种新型调制方法,从OFDM信号入手,解决技术正交时间窗口的缺陷问题,达到传输时延、频率补偿建设目的,满足滤波器多载波的同步频率构造需求。为适应5G系统的内在容量、基本构成等技术特征,考虑MS位置的天线波束情况,在维持LOS状态的基础上,智能调整波束情况,具备稳定网络技术可靠性能的技术表征。结合相关表征情况,目前所发明的BDMA技术、NOMA技术,可较快地适应5G的基本要求,如AOA(达角)无线配置、FFT块CP信号参数等,具有较强的适用价值。
 
    2.2 超密集异构网络
 
    在5G通信技术的发展过程中,强化低功率节点数量、缩减小区半径成为基本技术指标。超密集异构网络是基于提升数据流量所衍生的构成要点,可保证5G网络的智能终端普及效益。考虑2020年无线网络所设置的无线节点情况,密集部署网络可有效缩减终端设备与各个节点间的实际距离,便于增强网络功率和频谱效率,对不同接入技术的覆盖层次性能也有所帮助。此外,从无线网络站点与节点设置情况来看,依据现有站点的10倍以上范围,并将其维持在10~15 m范围内容(每1 km2满足250 00用户需求),缓解用户基数与站点数值1:1比例情况。同时,结合网络动态部署技术,准确感知各个相邻节点,完成选择网络、协调节点间距、实现网络业务等工序,为QoS需求所带来的差异性提供优化举措。以5G异构网络超密集场景的跨层干扰协调优化为例,由于小站覆盖范围较小,微小区网络具有能耗效率高、信号质量好等优势。利用ABS站点配置策略,宏观规划节点区域范围与邻区间干扰情况,统计小站区域范围自身所带有的RB资源,为强化CRE扩展效益提供辅助条件,便于吸收区间吸收用户数量,计算各个UE所提供的信息服务数据(跨层干扰协调优化方法),协调用户和业务各自的差异性,为其节能配置、节点协调提供辅助作用[4]。
 
    2.3 大规模MIMO
 
    在2016世界电信标准化全会(WTSA16)中,与ITU-T(国际电信联盟电信标准化部门)形成统一共识,我国正式提出推进IMT-2020(5G)标准化研究工作。这相比4G技术所提供的峰值速率增长至数十倍(连接100万用户/平方公里),成为市场标准化竞争的核心技术。其中,大规模MIMO作为5G通信系统的关键技术,经由国际标准审核和检定,正式融入关键技术指标研究工作,成为无线链路频谱效率技术的典型代表,与“多用户MIMO”概念具备相似之处,并与相同频块的用户基站形成同步发展机制(当用户数据达到一定数量时,频谱效率可提升至5~10倍,与小区边缘相关的能量更佳),天线数量同比增加1~2个数量级,有效解决天线信道的容量问题。
 
    目前,大规模MIMO技术依然是移动通信领域容量潜力最为突出的技术之一。针对5G移动通信系统的关键技术问题,仍需有效解决。结合发送端和接收端所匹配的天线设备,稳定传输速率、传输可靠性,实现MIMO技术标准化进程,详情参见表1。以大规模天线阵列方式集中模式为例,利用空间维度的无线资源,与小区用户的平均频谱效率相融合,立足于流量增长需求及10 Gbit/s峰值速率、100 Mbit/s用户速率体验,利用简单的线形检测(MRC),与基站装备大量天线的小区间干扰形式互成对比,控制无线开放移动平台所构建的天线系统,基本容量可提升至6.7倍(1/16功率),便于同时服务UE平台[5]。
 
    表1 MIMO技术标准化进程
 
 MIMO技术标准化进程
 
    2.4 信息中心网络
 
    传统通信TCP/IP网络难以实现全面海量数据的发布,而以ICN(信息中心网络)为代表的技术指标日益明显,被广泛应用于移动通信网络体制。立足于实时媒体流、网页服务、多媒体通信等系统构造,避免以主机地质为中心的网络体系结构,转用ICN网络通信模型,具有快速缓存信息数据、解析网络信息等特点,并设定客户端移动通信方案,如CCN、DONA、Netlnf、TRIAD等。在5G移动通信网络监管体系中,注重利用ICN、IP的双重结合,针对扩展性、数据移动性、数据部署等情况设定实用型目标战略,与SDN(软件定义网络)相互融合,考虑数据平面与控制平面的网络架构情况,并为其提供动态配置环境。例如:所提供的专用核心网络组件、媒体服务器、虚拟机管理程序等网络应用功能特征,为命名数据网络(NDN)构造设计标准,提供通信模式的发布端点,如图1所示。结合传统IP网络的设计模型,采用基于信息的安全机制,各种应用均部署于COTS硬件平台上,与传统水平分层构架相结合,设定新增接口协议,满足5G网络技术的架构及其端口流程需求。
 
信息中心网络
 
    图1 信息中心网络
 
    2.5 SDN/NFV
 
    SDN(软件定义网络)与NFV(网络功能虚拟化)是一种新型的网络架构技术,利用数据分离、软件化、虚拟化概念,为5G移动通信网络提供技术支撑,也是欧盟所公布的5G网络发展审核标准。SDN以基础设施层(网络最底层)、中间层(控制层)、最上层(应用层)为主,涵盖了API网络资源调用内容,通过控制网络设备的应用平面,集中网络控制功能设备仪器,具有简化全网管理程序的功效(基本架构详情参见图2)。NFV是从网络运营商的角度出发的网络体系,利用IT技术平台来实现功能虚拟化,并与所对应的功能块相衔接,便于统一调用相关虚拟资源。在未来5G网络应用中,整合SDN/NFV技术的拟定方案,通过数据交换、分离、转发等业务流程,重新部署网络经营体系,简化无线网络的架构设计程序(比如:Odin、OpenRF),对降低基础设施构建成本具有辅助作用。5G网络架构发展至今,统一要求IMT-2020标准,即基于SDN/NFV网络,集中应用于资料中心、云端、行动基地台、家用网路等领域,具有提升网络应用效率的功效,从而为用户提供更加贴切的体验服务。
 
NFV架构
 
    图2 NFV架构
 
    3、5G移动通信技术的优化意见
 
    3.1 注重云计算,维护数据程序
 
    面向5G移动通信时代,全球物联网服务将突破500亿连接格局,移动云计算成为其创新性服务技术的典型代表。结合5G移动通信技术的关键要点分析,明确移动行业内部的IT资源、信息服务情况,按照基础设施、应用资源、数据存储等内容,提供远端智能计算服务,包括SssS软件、PaaS平台。结合无线接入网技术特点,构建分布式移动计算结构,达到保障云计算的客户端服务功效。对于5G移动通信技术,其关键技术主要是帮助解决延迟和宽带的问题,从而弥补非对称数据传输能力的缺陷问题,为全速移动用户提供超出150 Mb/s的数据服务,加大移动通信网络的整体覆盖率,便于各种智能设备的全面应用。以某省市移动通信网络研发课题为例,考虑4G/5G通信系统的异构网络特征,提倡在引入无线新技术的基础上,满足现存制式的接入控制需求,构建无线资源来提升数据接入功率(各个频段、小区之间的资源占比)。以云计算的“云化”功能、智能传送网络的SDN技术为基本构成,统一运营移动通信网络,具有降低网络管理成本的便利特征,深受地方群众的一致好评。
 

责任编辑:李欢
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