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浅析移动通信网络关键技术

【摘要】4G网络部署基本饱和,关于5G的研究也拉开了序幕。本文就5G网络技术场景、5G网络应用新技术、网络架构等方面进行分析和讨论,希望能够为5G网络的建设提供帮助。

【关键词】5G;技术场景;关键技术;网络架构

随着智能终端设备的推广和普及,移动通信数据业务如破堤洪水,对现有的通信网络提出了严峻的考验。容量更大、速率更高的下一代通信系统的建设迫在眉睫。在全球业界的共同努力下,5G愿景与关键能力需求已经基本明确。现就5G网络的业务能力、技术情况等做出分析和讨论。

一、5G网络技术场景

面向未来,移动互联网和物联网业务将成为通信发展的主要驱动力。5G网络将会满足人们在各种场景下的多样化业务需求,即便在密集住宅区、CBD、体育场馆、地铁、高铁等具有超高流量密度、超高连接密度、超快移动速度的移动场景下,也可以为用户提供超高清视频、在线游戏、虚拟现实等极致业务体验。此外,5G网络还将渗透到各个行业中,与工业、农业、旅游业进行深度融合,实现万物互联。5G网络将面临未来多样化场景下的多业务接入的挑战,不同场景面临的挑战不同,但主要的挑战指标有以下几项:用户体验速率、流量密度、时延、功耗、连接数。主要技术场景可归纳为四个:连续广域覆盖、热点高容量、低功耗大连接、低时延高可靠。其中连续广域覆盖和热点高容量场景也是现有移动通信网络所要应对的场景;低功耗大链接场景主要面向智慧城市、智慧农业、环境监测、智能家居等以数据采集和传感为目标的应用场景。具有小数据包、低功耗、海量连接等特点;低时延高可靠场景主要面向车联网、工业控制等垂直行业的特殊应用需求,这类场景对时延性和可靠性有很高的要求。在各种场景下,5G网络面临着不同的挑战。

二、5G网络关键技术

5G网络在无线技术方面主要有全频谱接入、大规模天线阵列、新型多址等。现在的4G网络由于使用低频段组网建设,频率资源匮乏,中国移动的TD-LTE还面临同频组网的窘境。未来的5G网络建设启用毫米波资源,频率资源相对较多。我国工信部于2017年6月公开征集在毫米波频段规划第五代国际移动通信系统(5G)使用频率的意见,在意见中提出使用24.75-27.5GHz、37-42.5GHz两个频段共计8.25GHz频谱用于我国未来5G网络建设。未来5G基站单载波带宽相对会较宽,目前4G网络单载波频宽最大20MHz。未来5G网络单载波最大频宽将会达到200MHz-500MHz,相应承载能力也将提升10-25倍。支持了5G网络的高速率和海量连接数的需求。大规模天线阵列是在现有多天线的基础上增加天线数量,从而可支持更多的独立的空间数据流同时承载更多的用户,将数倍提升多用户系统的频谱效率。进一步满足了5G网络高速率和海量连接的需求。在原有OFDM技术中增加码分多址技术,实现多种场景下系统频谱效率和接入能力的显著提升。此外,新型多址技术可实现免调度传输,将显著降低信令开销,缩短接入时延,节省终端功耗。

三、5G网络架构

5G无线基站将采用毫米级微波进行建设,同时承载海量数据和海量连接数,所以未来5G基站的密度将会更加稠密,更加贴近用户。在人口稀疏的区域将会以宏基站建设为主,主要保证网络覆盖质量。在人口稠密区将会以现有4G基站为基础,在周边以射频拉远的方式进行密集布点。以20000人/平方公里的人口密度估算5G基站的最小站间距为126米。所以未来5G无线基站在人口密集区将采用超密集组网的方式来进行建设。未来的5G网络架构包括接入云、控制云和转发云三个域。接入云支持多种无线制式的接入,融合集中式和分布式两种无线接入网架构,适应各种类型的回传链路,实现更灵活的组网部署和更高效的无线资源管理。5G的网络控制功能和数据转发功能将解耦,形成集中统一的控制云和灵活高效的转发云。控制云实现局部和全局的会话控制、移动性管理和服务质量保证,并构建面向业务的网络能力开放接口,从而满足业务的差异化需求并提升业务的部署效率。转发云基于通用的硬件平台,在控制云高效的网络控制和资源调度下,实现海量业务数据流的高可靠、低时延、均负载的高效传输。

四、结束语

目前5G标准尚未成型,但是各项技术准备均已到位。在2017年我国将建设5G实验网。测试、完善之后,预计到2019年能够投入试商用阶段。希望本文讨论和分析得到一些数据和结论能够对未来5G网络建设提供帮助。

参考文献

[1]尤肖虎,潘志文,高西奇,曹淑敏,邬贺铨.5G移动通信发展趋势与若干关键技术[J].中国科学:信息科学,2014,(05):551-563.

[2]IMT-2020(5G)推进组.5G概念白皮书

作者:韦锴 单位:吉林吉大通信设计院股份有限公司

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