关于5G移动通信网络关键技术探究

简智斌

（公诚管理咨询有限公司，广东 广州 510610）

0 引 言

自我国2019年在美国、英国等发达国家之后成为第5个全面开通5G移动通信技术服务的国家后，标志着我国从此开启5G无线通信时代。5G移动通信网络技术推行以来，改变了传统宏基站的通信运作模式，有机融合了多渠道无线通信资源，降低了系统运行耗能，为人们输送了多元化的通信服务内容。但上述一系列功能均需要在更加优质的5G移动通信系统运行关键技术的支持下得以实现，因此针对5G移动通信网络关键技术这一内容展开分析具有一定的现实意义。

1 5G移动通信网络概述

第5代移动通信技术（5th Generation Mobile Communication Technology，5G）作为1种新型移动通信网络技术，能够为通信用户提供虚拟现实、超高清视频以及增强现实等技术，解决人与物、物与物之间的通信问题[1]。与此同时，5G技术的推广也为车联网、智能家居、环境监测以及移动医疗等服务提供了支持[2]。为了进一步满足5G通信的多样化应用场景需求，关于5G的关键性能开发方面仍旧需要展开进一步的研究工作，方能更好地为经济社会各个领域的智能化转型、数字化发展提供支撑[3]。

2 5G移动通信网络技术的优势

将5G移动通信网络技术应用于人们的工作生活中，主要的技术优势体现在以下几方面。

（1）网络通信速率更高。当前的5G移动通信技术主要是在4G技术的基础上研发而来，相对于4G技术的载波频率为20 MHz而言，5G技术的最大优势就是网络通信速率更高，主要依赖于多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）系统的提出，以此构建了高频段资源，优化信号传输速率，促使基站能够支持集成天线的运行[4]。

（2）容量更大。物联网概念提出后，移动终端能耗以及无线网络覆盖方面均实现了技术突破，为5G移动通信网络开辟了更大的容量空间，尤其是重点接入网络时，增加了更多的节点，充分减小网络传输宽带，对于电能消耗降低也具有重要促进作用，继而预留更多的容量用于支持通信传输[5]。

3 关于5G移动通信网络关键技术探究

3.1 D2D技术

5G移动通信网络中，技术类型较多，设备到设备（Device-to-Device，D2D）属于其中的关键技术，主要是针对蜂窝系统补充所研发，用户通信主要依赖于2个对等用户节点间的信息传递实现。由D2D通信用户所组建的分布式网络支持所有用户节点的信号接收和发送通信服务，且还会为消息转发提供技术支持[6]。当用户使用5G中的D2D关键技术时，网络参与者可以对外共享个人硬件资源，共享过程中，D2D技术凭借自身的网络存储、信息处理及网络连接能力，可直接被访问，无须经过中间实体再次传递[7]。与此同时，在D2D关键技术的应用下，每1个用户节点可以同时发挥客户端、服务器的通信服务功能，此时的用户在意识形态约束下自行构建出实际群体或虚拟群体。具体的D2D关键技术运作原理如图1所示。

图1 D2D关键技术原理

3.2 SDN/NFV技术

5G移动通信网络构建中需要高度依赖软件定义网络/网络功能虚拟化（Software Defined Network/Network Functions Virtualization，SDN/NFV）这一关键技术，此技术不仅操作起来更加灵活，而且对于通信质量及通信效率优化也具有明显优势。应用SDN/NFV技术时，对于设备配置的要求并不高，但却能够在保障经济活动需求的条件下全面提升无线通信资源的管理成效[8]。SDN/NFV技术中的SDN核心技术为5G移动通信核心网络的创新提供帮助，以此搭建更加优质的发展平台。SDN核心技术应用下，分离网络设备控制面板与数据时，主要借助OpenFlow来实现，以此赋能网络管道智能性，进一步提升网络流量控制的灵活度[9]。与SDN核心技术相比，NFV技术的应用能够在行业标准的X86交换设备、服务器乃至存储功能支持下，全面替换传统通信网络架构中已经无法满足5G移动通信需求的专用元件设备，以此提升通信效率及质量[10]。具体的SDN/NFV关键技术原理如图2所示。

图2 SDN/NFV关键技术原理

3.3 超密集异构网络技术

超密集异构网络技术属于5G移动通信网络的关键技术之一。据相关调查研究资料显示，传统移动通信网络技术的技术管理要点主要集中在增加站点部署密度方面，但该种技术模式的应用已经无法满足现代社会各行业的发展需求[11]。例如，应用传统无线物理层技术进行通信频谱管理时，即便在编码、多址、调制乃至介质访问控制（Media Access Control，MAC）等技术的全力支持下，频率效率提升倍数最大仅能达到10倍，完全无法满足5G移动通信需求。此时，将超密集异构网络关键技术应用于5G网络构建中，可以直接在网络中引进超大规模、低功率用户通信节点，拓展网络覆盖范围的基础上增强通信热点，最终消除通信盲点，且对于系统容量的提升也具有促进作用。另外，超密集异构网络关键技术应用后，可以构建多层次立体异构网络体系，突破以往扁平单层次宏网络覆盖时面临的瓶颈，对于信道数、小区数增长也可发挥作用，实现通信容量的成倍上升。

3.4 大规模MIMO技术

5G移动通信网络关键技术中，D2D技术支持下的异构网络架构能够提升通信过程的网络性能，但也存在一定不足，即会对宏蜂窝用户或D2D用户产生通信干扰，从而影响整个通信系统的运行性能。为快速解决上述问题，技术人员基于5G移动通信网络需求提出了“大规模MIMO技术”，增加系统通信频率效率功能的同时，还可增加无线通信网络的复杂度。

应用大规模MIMO技术后，5G移动通信网络实现同步配置多个基站端的目的，且每1个基站端还会配置百余根天线以及大规模天线矩阵，以此实现同一时间内为多个用户提供服务。与此同时，大规模MIMO技术的应用下可以针对通信系统信道内的热噪音、衰落速度加以平衡。当采用渐进正交性信道方式时，对于消除用户之间的通信干扰以及扩大信道总容量方面也可发挥促进作用，最终保障用户的系统通信服务满意度。具体的大规模MIMO技术原理如图3所示。

图3 大规模MIMO技术原理

3.5 传输波技术

5G移动通信网络关键技术中，传输波技术由下述技术构成。

（1）未来新媒体（Future New Media，FNMC）技术。为原型滤波器，通信传输表现优良，在滤波器组多载波（Filter Bank Multi Carrier，FBMC）中可以消除相邻通信符号干扰。干扰消除表现为通信符号相邻、频率相同，且子载波携带的信号呈虚数、实数交替出现。

（2）通用滤波组多载波（Universal Filtered Multi-Carrier，UFMC）技术。为发射机系统，构造简单，用于支持信号传输的宽带中携带B个子带，子带下设若干数量连续子载波，在N点离散傅里叶反变换（Inverse Discrete Fourier Transform，IDFT）支持下快速完成时域、频域转换。

4 5G移动通信网络关键技术的未来发展方向

随着移动通信技术的不断更新和升级，5G技术自被研发出来便开始逐渐应用到各个技术领域中，得以普及。与传统的4G技术比较，5G技术在移动宽带的基础上进行了全局性的调整、优化，从而进一步加快网络通信传输速度。现阶段，5G技术主要被应用在信息安全领域，未来在关键技术发展上应该更多集中在高空传输技术研发领域，借以去改善国内偏远地区的信号传输问题。此外，5G技术作为新兴技术形式，凭借“自然传输”替代了“无线通信”，解决了通信容量问题，因此在后续的关键技术研发中可以将精力倾斜在虚拟世界的构建领域，以此开辟5G技术应用新领域和新方向。

5 结 论

5G移动通信网络关键技术的研发和应用主要依托于4G技术的基础变换升级，但5G技术在保存原有4G技术的优势下，开拓和研发出了更多新技术，并在多项网络通信技术方面实现了前所未有的突破，充分解决了传统4G技术的容量、传输延时等问题，为人类未来的智能化网络空间营造奠定基础。