5G网络技术现状和发展趋势研究

李浩然

摘要：4G网络的运用现如今已相当成熟，下一代移动通信技术“5G”悄然问世。文章针对5G网络技术的研究现状展开研究，通过对当前应用现状，以及对关键技术的分析与阐述，进而预测其未来发展方向，以期在以后的发展中，能够成熟运用5G网络技术。

关键词：5G；网络；技术

信息技术的发展速度越来越快，所提供的功能也越加详细。4G技术的广泛应用已基本满足通信行业的发展。然而，人们追求技术的热情永不消减，5G网络技术在社会中应运而生，为人们提供更加快速的运行速率，以及各种云计算服务。因此，有必要加强对5G网络的研究，促进其更加成熟。

1 5G网络技术概述

4G网络技术的成熟运用，已经为用户提供了越来越高效的数据业务，同时也进一步促进人们对蜂窝网流量的需求。其广泛沿用无线接入网，并增加了正交频分复用技术（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM），多入多出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）技术等，但仍旧无法满足持续飙升的网络需求。因此，5G网络的研发成为时代发展的必然趋势。

现如今，国际已有众多国家已经开始了对5G网络的研究，并在ITU—RWP5D的会议中确定了 5G网络技术的名称、前景、时间表等重要内容。5G网络技术中关键性挑战包括在连续广域场景中，为用户提供100 Mbps速率，在热点高容量场景中，提供数十G bps峰值速率，数十T bps/km2的流量密度，在低时延高可靠的场景中，提供接近100%的可靠性等[1]。

在未来的社会中，5G网络将更加贴切用户的实际需求，并为用户提供更加可靠的网络连接、无缝用户体验等，其不仅仅是无线接口技术，更是为用户提供多样化的音频、视频等信息，并建立人与机器之间的互动与沟通，包括对车辆管理、家庭健康管理以及监视警报等服务。5G网络技术不再是人与人之间的沟通，其是连接人与物之间沟通的桥梁。

2 5G网络技术的关键内容

2.1 高频传输技术

当前所使用的3G与4G移动通信网络中，其频段范围基本在3GHz以下。然而用户数量的猛烈增加，需要传递的信息资源也越来越多。故而用户对网络流量的需求更加旺盛，现有频段已无法满足用户基本需求。5G网络技术将为人们带来更加高效的传输体验，将现有频谱提升至少10倍，且不断完善技术方案，以满足频段需求。在研究中，不仅要求5G网络技术能够提供高效覆盖范围，且必须以环保为前提。应利用众多数量的天线，提升网络信号的抗干扰能力，为用户提供稳定的网络传输质量。在研究发展中，5G网络技术需要不断克服众多外界因素为其带来的影响，尤其天气环境的诸多问题，均会导致通信信息质量下降，这也是其发展的核心所在。

2.2 网络虚拟化

该研究将为运营商带来巨大好处，并为其提供众多网络配置资源，以最低成本开发并优化网络管理能力。虚拟化后的硬件平台将使得系统升级、维护、扩容等工作更加便利，进而使得运营商提供多种网络标准，适应不同地区的不同业务。网络虚拟化在日本、欧美等国家的研究较为广泛，且基本进行了虚拟中心的部署。当前解决虚拟化功能的方案主要有两种：软件定义网络（Software Defined Network，SDN），网络功能虚拟化（Network Function Virtualization，NFV）[2]。

2.2.1 SDN

其是一种新型的网络构架，将网络控制平台与数据转发并分离，以满足可编程之目的。众多具有标准的组织已经开展了关于该方案的标准制定工作，其中（Open Networking Foundation，ONF）开放式网络基金会所提出的该架构定义较为准确。在现有无线网络构架中，将平面控制、无线资源管理等融入进去。但分布式的控制功能无法使得无线接入进行优化，同时各厂商的配置接口均有所不同，复杂的配置参数要求运营商只能自行控制，导致业务创新能力受到限制。SDN能够实现增强现有网络能九并加速网络演化、云计算协同等众多功能，且其将传统软件一体化的网络转变为相对较为灵活的构架，使其要求更加简单，但功能却越加强大，越加智能。因此，SDN将是5G网络技术未来的发展方向。

2.2.2 NFV

其由运营商联盟提出，主要应用于运营商网络中。NFV利用IT技术，将网络功能虚拟化，根据业务需求的差异，在相应的功能模塊进行编排与连接。在众多机构的研究中，欧洲电信标准化协会（European Telecommunications Standards Institute，ETSI）对其定义较为完善。其基本框架结构中包含计算虚拟化、存储虚拟化、网络虚拟化，并配合硬件基础设施，最终实现网络功能上的管理与安排，达到虚拟化的基础设施管理。

网络虚拟化将数据与控制平台相分离，使得众多移动网络设备中的软件按照自身需求进行安装、卸载、修改，进而实现其基本业务需求。实则，其基本理念与SDN相一致，该种方案也将为运营商带来便利条件，使得其运营成本低廉，效益灵活。在某种程度而言，NFV能够与SDN相连接，共同为运营商提供服务，进而有效控制数据与网络功能[3]。

2.3 云计算

云计算是当前社会迫切需要的一项网络功能，其能够为用户提供具有弹性特点的资源配置。云计算形成的数据中心能够包含上百个服务器，且规模越大的公司其业务平台也越多。云计算具有强大的计算与存储能力，只需要运营商投入少量管理便得到大量回报，或与服务商参与很少的互动，便能够快速且大量地获取所需资源。

于运营商来讲，云计算将为其提供更具有针对性的客户服务。5G网络技术相关报告中曾指出“接入云、控制云、转发云”。也就是说，通过云端将人与无线网络相连接，利用其职能特点将内容传输于网络中，进而有效降低网络运行建设的管理成本，实现5G网络与无线蜂窝网络的统一。

2.4 C-RAN

在实现数据与控制相分离的基础上，逐渐趋向于摆脱传统网络的软硬件，以实现集中控制之目的。而云计算的强大功能实现了业务与网络的集合，使得5G网络提升用户行为与业务感知能力。因此，基于云计算与虚拟化的基本功能，将有效提升5G网络的开放性、可编程性以及扩展性等要求。在众多研究单位中，中国移动所提出的方案被作为典型代表，使得传统无线接入网实现了革命要求。在长远角度来看，其为运营商提供了绿色网络框架，使用户享受QoS的终端业务，实现云计算与协作式无线电等接入。

3 5G网络技术未来发展方向

3.1 实现动态切片

在未来的发展中，需要其满足多样化的业务需求与场景，故而对5G网络技术的要求也越加详细。传统网络构架无法满足用户需求，势必需要5G网络技术具备切片功能，才能在任何场景与业务需求中匹配网络切片，使得网络资源得到有效控制与调配，进而得到合理有效的利用。

所谓切片，即将网络利用虚拟技术进行分割，进而以形成各种能够与需求与场景相匹配的虚拟网络，并具备其本身所具有的网络动态智能编排能力。网络切片技术为不同构架与特征的网络提供与之对应的管理模式，实现资源高效配置与合理控制机制的基本目的。满足场景与业务基本需求，进而增强用户体验与利用效率。

3.2 能力越加具有深度

以用户为出发点与最终目的是5G网络技术的基础，其将越加关注用户需求，进而以各种技术改造来提升用户体验。这便要求5G网络技术应将业务信息与网络信息相融合，实现二者交互之功能。增强网络与用户之间的资源共享，以提升用户体验。

当前，网络基本实现部分开放，如第三代合作伙伴项目（Third Generation Partner Project，3GPP），其将终端信息与状态信息以及网络负载信息共同上传于第三方接收终端中，并以此优化整个网络状态。但这种模式的交互程度有限，无法满足社会对大数据的需求，也无法满足用户对资源的渴求度。而5G网络技术的发展方向更加趋向于网络与应用的紧密结合，实现信息共享，并以网络为基础，为用户提供更加优質的服务。尤其在网络服务质量、资源共享程度、网络数据等方面的功能，均进行了相应优化，以满足用户的基本需求与体验。

3.3 SDN与NFV为其提供平台支持

如上所说，SDN与NFV的基本构成与基本功能均已介绍，而5G网络未来的发展方向将以二者为平台，实现技术上的全新改变。一改传统网络通信中断的缺陷，将设备逻辑与硬件紧密结合，进而增加扩展性、扩容性以及新业务的部署功能。使得5G网络技术在二者基础上，进一步实现网络各节点的重组与构件，提升硬件设施行业标准，降低设备投入成本。根据用户需求进行编程，进而满足网络中新业务的部署要求，使得网络更加智能化，也将有效推动网络技术创新与发展。

4 结语

综上所述，5G网络技术随着时代的发展应运而生，其在满足用户基本需求等方面具备强大功能。在未来的发展中，5G网络技术将借助SDN与NFV平台，实现数据与功能、管理等方面的虚拟化。这在降低运营商成本以及紧密结合用户等方面具有强大优势。

[参考文献]

[1]宋锡楼，黄高雷.5G网络技术研究与发展现状探索[J].建材与装饰，2016（49）：115-116.

[2]游思晴，齐兆群.5G网络绿色通信技术现状研究及展望[J].移动通信，2016（20）：31-35.

[3]王胡成，徐晖，程志密，等.5G网络技术研究现状和发展趋势[J].电信科学，2015（9）：156-162.