议5G技术

孟杨辉 任征

摘要：未来的5G网络不仅有海量设备的增长，需要承载人与人之间的通信，还要承载人与物之间以及物与物之间的通信，即可支撑大量终端，也使个性化、定制化应用成为常态。

关键词：超密集异构网络；SON；CDN；D2D通信；M2M通信；ICN；移动云计算；SDN/NFV；软件定义无线网络

5G，即第五代移动电话行动通信标准，也称第五代移动通信技术。

2013年韩国三星电子宣布成功开发第五代移动通信技术的核心技术；2015年酷派首提5G新概念终端基站化；2016年工信部召开“5G技术研发试验”启动会；2017年，国际通信标准组织3GPP宣布了“5G”的官方Logo。中国三大运营商于2018年迈出5G商用的第一步。

5G网络正朝着网络多元化、宽带化、综合化、智能化的方向发展，相应的出现了影响5G发展的以下相关技术：

一、超密集异构网络

随着各種智能终端的普及，移动数据流量将出现爆炸式增长，在未来的5G网络中，减小区域半径，增加低功率节点数量，是保证5G网络支持1000倍流量增长的核心技术之一。因此，超密集异构网络成为了未来5G网络提高数据流量的关键技术。

密集部署的网络拉近了终端与节点间的距离，使得网络的功率和频谱效率大幅度提高，同时也扩大了网络覆盖范围，扩展了系统容量，并且增强了业务在不同接入技术和各覆盖层次间的灵活性。但同时会出现很多问题：首先节点间距离的减少，越发密集的网络部署将使得网络拓扑更加复杂，从而容易出现与现有通信系统不兼容的问题；其次是干扰问题，网络中的干扰主要有同频干扰、共享频谱资源干扰、不同覆盖层次间的干扰等，现有的通信系统的干扰协调算法只能解决单个干扰源问题，而5G网络中，相邻节点的传输损耗一般差别不大，这将导致多个干扰源强度相近，进一步恶化网络性能，使得现有协调算法难以应付。

二、自组织网络SON（self-organizing-network）

在5G网络中，由于网络存在各种无线接入技术，网络节点覆盖能力各不相同，他们之间的关系错综复杂，所以自组织网络的智能化成为其必不可少的一项关键技术。需要解决的关键问题，其一网络部署阶段的自规划和自配；其二网络维护阶段的自优化和自愈合。自配置可实现即插即用，具有低成本、安装简易等优点；自优化是为了减少业务量，提升网络质量及性能；自愈合可实现系统自动检测、定位问题，排除故障；自规划可以动态进行网络规划并执行，满足系统的容量扩展、业务检测或优化结果。

目前主要有三种自组织网络架构方式：集中式、分布式及混合式。集中式架构的优点是控制范围广，冲突小；不足是运行速度慢，算法复杂度高。分布式架构主要是通过SON分布在eNB上来实现，优点是效率和响应速度高，网络扩展性好，对系统以来小；缺点是协调困难。混合式则集中了两种架构的优点，缺点是设计复杂。现有的SON技术都是从各自的网络出发的自部署、自配置、自优化、自愈合等操作相对独立和封闭，在多网络之间缺乏协作，所以急需发展支持异构网络协作的SON。

三、内容分发网络CDN（content distribution netweok）

内容分发网络是在传统网络中添加新的层次即智能虚拟网络，综合考虑各节点连接状态、负载情况、用户距离等信息，通过将相关内容分发至靠近用户的CDN代理服务器上，实现用户就近获取所需的信息，缓解网络拥塞状况，降低响应时间，提高响应速度。随着云计算、移动互联网及动态网络内容技术的推进，内容分发技术趋向于专业化、定制化，在管理、推送、安全性方面都面临新的挑战。

未来面向大规模用户的音频、视频、图像等业务的急剧增长，如何有效的分发大流量业务内容，降低用户获取信息的时延，同时解决网络拥塞问题，正是CDN技术成为5G关键技术之一。

四、D2D通信（device-to-device commmunication）

D2D通信是一种基于蜂窝系统的近距离数据直接传输技术，其会话数据直接在终端之间传输，不需要基站转发，相关控制信令仍由蜂窝网络负责。蜂窝网络加入D2D通信可减轻基站负担，降低端到端的传输时延，提升频谱效率，降低终端发射功率。如果无线通信基础设施损坏或在其覆盖盲区，终端可借助D2D实现端到端通信甚至接入蜂窝网络。

更丰富的通信模式和更好的终端体验是5G发展的一个方向，设备到设备（D2D）通信具有提升系统性能、增强用户体验、减轻基站压力、提高频谱利用率的优势。

五、M2M（machine to machine）通信

M2M从广义来说是指机器对机器、人与机器及移动网络和机器之间的通信，狭义上说是指机器和机器之间的通信。智能化、交互式是M2M有别于其他应用的典型特征，被赋予了更多的“智慧”。

据预估在未来物与物之间的通信将是人与人之间通信的几十倍，M2M市场蕴藏着巨大的商机。

六、信息中心网络ICN（information-centric network）

ICN中的信息有实时媒体流、网页服务、多媒体通信等，而信息中心网络就是这些片段的总集合；ICN的主要概念是信息的分发、查找和传递，不再是维护目标主机的可连通性；ICN采用的是以信息为中心的网络通信模型，忽略了IP地址的作用。ICN网络整个传输过程由用户的实时信息请求触发，网络则通过信息缓存的方式，实现快速响应用户；信息安全只与信息自身相关，而与存储器无关，这种安全机制更加合理可信，且能实现更细的安全策略粒度。

七、移动云计算

随着智能手机、平板电脑等移动设备的硬件水平极大的提高，需要支持大量的应用和服务为用户带来更大的方便，而5G时代将出现百亿级连接的万物互联服务，这对只能终端的计算能力和服务质量的要求也越来越高，移动云计算成为5G网络新服务的关键技术之一，移动网络中的移动智能终端以按需、易扩展的方式连接到远端的服务提供商，从而获得所需的基础设施、平台、计算存储能力和应用资源。

八、SDN/NFV

SDN（software-defined networking软件定义网络）/NFV（network function virtualization网络功能虚拟化）是一中新型的网络架构和构建技术，倡导控制与数据分离、软件化、虚拟化思想。SDN架构的核心特点是开放性、灵活性和可编程性；SDN将网络设备的控制平面从设备中分里出来，放到具有网络控制功能的控制器上进行集中控制，这样可以消除大量手动配置的过程，简化管理员对全网的管理，提高业务部署的效率，让整个基础设施简化，减低运营成本。

九、软件定义无线网络

现在无线网络中存在大量的异构网络且采用了垂直架构，出现了难以互通、资源优化困难、无线资源浪费等问题，而且网络中单一网络特性对多种服务的，无法针对不同服务的特点提供网络保障，所以在无线网络中引入SDN将打破现有无线网络的封闭僵化现象。在软件定义无线网络中，控制平面可以获取、更新、预测全网信息，能够更好的优化和调整资源分配、转发策略、流表管理等。

十、结语

就调制、编码、多址、组网、多天线等关键技术上，现在所谓的5G技术升级增益有限，或者尚不成熟难以实用。5G网速的提高方法也只是扩大占用频段、加大投资基站的密度、提升芯片数据处理速度等。如果覆盖目前4G覆盖的区域，基站数量至少是4G的5倍，这个建设成本会非常高。用户对普遍覆盖即任何地点任何时间接入的网络是刚需，比较而言超高网速反而并非必需，所以目前，人流超高密度区的通信需求是5G最可行的应用方向。

人类科技的根本性进步都需要依赖理论突破，否则只能是量的积累，无法实现技术迭代，5G也是如此，基础理论的突破是必需。

（作者单位：河南省永城市永煤公司）