5G移动通信的网络构架与关键技术探思

段鹏飞

（江西省邮电规划设计院有限公司，江西 南昌 330002）

0 引 言

随着我国进入高质量发展阶段，我国开始部署5G技术的研发和应用。2019年6月，工信部向中国移动、中国联通、中国电信和中国广电发放5G商用牌照，标志着中国5G商用时代正式来临。分析5G技术的网络构架及辅助支持技术，探讨5G技术与各高新技术有机融合的可能性，有助于搭建真正万物互联的网络结构，从而为人们提供更加优质的服务[1-2]。

1 5G概述

5G是未来移动通信的发展方向，具有低消耗、低成本、高安全性以及高传输速率等优良特质。因此，5G移动通信网络在现实生活中的应用可有效打破时间和空间限制，实现真正意义上的万物互联。5G移动通信技术的发展，进一步拓宽了其应用场景，可支持远程超高清视频与虚拟AI技术的完美融合。此外，5G通信技术将进一步提升用户体验，智能家居和无人驾驶等将成为可能。未来，人们的衣食住行、娱乐休闲以及医疗服务等都离不开5G移动通信技术的支持。因此，深入挖掘5G移动通信网络构架及其关键技术具有重要的现实意义。

2 5G移动通信网络构架的相关概述

5G网络是在4G网络的基础上，经优化改良后形成的网络构架。在5G移动通信网络构架的研究上，学者对5G网络进一步发展将有助于互联网与物联网的有机融合的观点初步达成共识。5G移动通信技术不仅能在移动互联网领域掀起一场变革，也将为物联网的发展提供强有力的技术支持，使其获得更大的流量密度。当下，5G移动通信网络基础框架初步形成，未来将主要围绕网络部署场景、核心网和接入网3大模块寻求发展方向[3]。

2.1 网络部署场景

5G网络在部署场景方面与4G网络差别不大。在进行场景部署时，它可分为室内和室外两个部分。室外场景区域多集中在人口密度大的场所，如住宅区、商务楼宇、百货商场等。这些地方相对人口密度小的区域，更容易发生网络覆盖面不全、数据传输中断等情况，而5G技术的高传播速率特点可以有效解决这些问题。因此，针对室外的5G网络场景部署，主要通过分布式天线和大规模MIMO来配备5G基站和微基站，并在这些室外场景区域分散放置天线元件。元件通过光纤与基站连接，从而实现室外场景的5G网络全覆盖。位于室内的用户，只需要与安装在室外建筑的大型天线阵列的室内AP进行通信，便可以通过适用于短距离通信的5G技术实现高速率传输。此外，蜂窝系统作为辅助技术，可提升5G网络的室外覆盖率，使得更多应用场景能够接收到5G网络信号。

2.2 核心网

核心网的设计和应用是整个5G移动通信网络构架的关键环节。成熟的核心网设计将使5G网络的数据处理能力和数据传输速度得到明显提升。核心网由SDN和网络功能虚拟化技术驱动，具有控制和转发分离、物理硬件与逻辑分离、支持动态数据传输和数据平面扁平化4大特点。以物理硬件与逻辑分离为例，利用IT虚拟化技术将核心网设备迁移到高性能服务器，同时将核心网的网元功能从专用硬件移植到通用虚拟机平台，从而实现物理硬件与逻辑分离。不仅简化了硬件平台设计，更是通过组网的灵活性降低了组网成本[4-5]。

2.3 接入网

现阶段，5G移动通信的接入网大致分为3大类：一是以现有的接入技术为基础，做多网多制式融合；二是设置网络基站，合理分配虚拟资源；三是对信息边缘的缓存与传递。接入网技术有机融合时，可将单一的无线控制器接入5G网络，在一定程度上拓宽边缘信息缓存与传递的操作空间。5G移动通信的无线接入方式可应用到第三方业务活动中，服务商根据用户的需求为其配备最合适的网络服务项目，保障用户得到最优的服务体验。通过接入网传输数据，有助于优化数据传输途径，大幅度提升5G移动通信数据的传输速度。

3 5G移动的关键性技术

3.1 大规模MIMO

MIMO（Multiple Input Multiple Output）系统通过将多个天线同时置于接收端和发送端形成MIMO通信链，可容纳更多信息数据，从而在不增加带宽或不增加额外损耗的前提下，大幅提升系统的信息数据吞吐量和传输距离。与4G技术相比，大规模MIMO技术的优势在于基站的天线数量没有限制，是一项可扩展技术。4G的定向天线空间有限，天线和设备数量必须匹配，一定程度上限制了网络覆盖面，信号传输也容易发生不稳定的情况。从这个角度看，5G技术必将大幅度提升信息传输效率，有效扩大网络覆盖面。

3.2 超密集网络技术

超密集网络技术是应对移动通信领域不断发展而带来的数据业务需求提升的有效解决方案。随着互联网和物联网的进一步融合，未来5G的应用场景必然朝着智能化和多元化方向发展。在各种各样的场景中，移动终端和各类电子设备逐渐普及，数据流量的使用会呈现百倍、千倍级别的递增。这种技术可以通过协调统一不同的网络部署方式减少外部环境因素的干扰，从而优化网络覆盖的信号区域，保证数据传输的稳定性[6-7]。

3.3 D2D通信技术

D2D通信是一种短距离通信技术，能够实现数据在终端间的直接传输，保证数据传输的实时性和可靠性。由于蜂窝系统在近距离本地通信业务中存在网络覆盖面有限、信息数据容量小、功耗较大等问题，D2D通信技术可以对蜂窝系统通信起到较好的补充支持作用。从用户角度来考虑，D2D通信技术的特性也有助于提升用户使用的满意度和舒适度。

3.4 毫米波

毫米波的主要作用是合理划分波段，拓宽5G网络的覆盖面，对5G发展具有一定的推动作用。毫米波可以在不增加能耗的基础上提供相同频率的宽带，减少各个基站之间的干扰，从而加快5G移动通信的速度。但需要注意，毫米波极易受到外界干扰，无法有效保障信息数据传播过程中的准确度。

3.5 NOMA技术

随着5G移动通信技术的发展，社会各界对智能化和场景多样化的需求度越来越高，正交频分多址技术已无法满足实际需求。5G移动通信网络中，将NOMA技术作为关键性技术，将使技术应用与多样化场景实现更好的融合。

3.6 同时同频全双工技术

同时同频全双工技术是一项可以同时发射与接收无线信号，从而提高频谱效率的技术，能够提升无线通信链路的频谱效率。例如，无线通信链路的频谱效率相较之前将会提升1倍。但是，目前仍有类似异频干扰、数据干扰、数据系统吞吐量小等问题需要克服，将这种技术完全投入应用尚有难度。

3.7 移动云计算

为有效拓宽5G移动通信网络的应用场景，将5G技术与日常生活紧紧联系起来，5G移动通信关键技术中引入了移动云计算技术，为终端客户提供更为舒适的应用体验。移动云计算技术可以帮助用户存储数据，使广大用户处于更加安全的移动通信环境中，是5G技术的又一创新点。移动云还可以支持多个设备同时对其进行访问，但需要更多其他技术对其进行辅助支持。

3.8 绿色通信

要实现绿色通信，需要优化5G移动通信技术，提高传输效率，降低传输过程的能耗，优化网络内部结构，以此达到节能的效果。因此，高效传输网络信息和灵活分配网络资源是绿色通信所要解决的关键问题。

3.9 超宽带频谱

频谱对于移动通信来说有着十分重要的地位，技术人员通常间隔一定年限就会对频谱进行升级优化。5G移动通信被应用的场景十分多，通过带宽可进一步拓宽5G移动通信的应用场景，超宽带频谱技术应用在5G移动通信中可有效提升宽带容量，使5G移动通信网络免受外界干扰，有效缩短数据传播距离等。

3.10 认知无线电技术

在数据传播过程中传输数据的准确度愈发被人们重视，技术层面的正确选择将有效提升数据传输中的精准性，确保数据得以完整正确的被传输，避免产生数据传输失误的情况。5G移动通信网络为满足用户的该类需求，将认知无线电技术有效应用其中，借助频谱对所传递的信息数据进行检测分析，极大提升了最终射频判决的准确度，有效保障了信息数据传输的正确性。

4 未来5G移动通信关键性技术的发展趋势

在未来信息时代的发展中，应该逐渐健全和改善5G移动通信网络技术的容量，使通信技术呈现一定的有效性，满足人们对网络技术的高标准。正常情况下，在进行5G移动通信网络技术研究时，要着重注意以下问题。

第一，提升网络容量，有效构建“异构协同”的方式，将这种方法与现代化移动通信技术结合起来，整体拓展5G技术的功能应用。

第二，在进行多频谱信息资源开发的过程中，应该有效利用其优点，研发可见光资源技术，助力5G移动通信网络技术的高质量发展。

第三，结合MIMO技术和3D MIMO技术，综合发挥二者优势，进一步提升移动通信网络技术的意义和价值。

5 结 论

研究分析5G移动通信的网络架构，探讨5G移动通信的关键技术，着重分析其优势特点、存在的问题和未来的发展方向。技术人员应综合分析5G移动通信的网络架构和关键性技术，解决难点，推动我国5G移动通信技术的发展。5G移动通信技术研究取得的每一步进展，都将有助于提高我国在信息领域的国际地位，对带动移动通信及相关产业高质量发展具有重要意义。