探析5G無線通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計與關(guān)鍵技術(shù)

蔣冬磊

【摘要】5G無線通信技術(shù)是未來通信技術(shù)的重點和關(guān)鍵，隨著移動終端設(shè)備的普及性應(yīng)用，多媒體數(shù)據(jù)傳輸量呈現(xiàn)激增態(tài)勢，相較于4G無線通信系統(tǒng)而言，5G無線通信系統(tǒng)具有更高的傳輸效率和更為寬廣的覆蓋面積。為此，要注重對5G無線通信系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，探析5G無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，不斷推動5G無線通信系統(tǒng)的完善和進(jìn)步。

【關(guān)鍵詞】5G無線通信系統(tǒng)；標(biāo)準(zhǔn)化；設(shè)計；關(guān)鍵技術(shù)

一、5G無線通信系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)劃設(shè)計分析

5G無線通信系統(tǒng)要能夠應(yīng)用于移動互聯(lián)網(wǎng)的增強(qiáng)移動寬帶、大連接物聯(lián)網(wǎng)、高性能物聯(lián)網(wǎng)等三大場景，滿足通信業(yè)務(wù)的部署場景的多樣化、靈活性需求。

（一）NR接入網(wǎng)架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計

可以采用中心控制節(jié)點（CU）和分布節(jié)點（DU）的方式，滿足5G無線通信網(wǎng)絡(luò)的高吞吐量、低延遲、密集化部署需求，引入LTE和NR的雙連接方式，進(jìn)行接入網(wǎng)整體架構(gòu)和內(nèi)部分離架構(gòu)的設(shè)計。其中：接入網(wǎng)整體架構(gòu)由gNB和ng—eNB兩大節(jié)點組成，以gNB作為NR接入技術(shù)的基站，以ng—eNB作為E—UTRA接入技術(shù)連接5G核心網(wǎng)的基站，并通過Xn接口進(jìn)行連接。接入網(wǎng)內(nèi)部分離架構(gòu)主要采用Gnb—CU/gNB—DU分離的架構(gòu)，實現(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)的云化和虛擬化，較好地提升各節(jié)點間的資源協(xié)調(diào)和傳輸協(xié)同能力。同時，系統(tǒng)支持LTE與NR聯(lián)合組網(wǎng)的方式，提供完整的5G服務(wù)。

（二）NR空口設(shè)計

NR空口物理層信號傳輸架構(gòu)以4GLTE為基礎(chǔ)，支持靈活、動態(tài)的TDD雙工方式，包括幀結(jié)構(gòu)和OFDM參數(shù)設(shè)計，支持基于時隙的資源調(diào)度，并采用靈活分級的帶寬設(shè)計、下行同步信道設(shè)計和上機(jī)隨機(jī)接入過程設(shè)計。同時，NR空口高層協(xié)議與物理層信號傳輸相匹配，實現(xiàn)空口無線數(shù)據(jù)的按序可靠傳輸，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制、無線資源高效管理、切換管理等功能。

（三）5G核心網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計

5G核心網(wǎng)引入了網(wǎng)絡(luò)功能和服務(wù)的概念，借助于軟件化和虛擬化技術(shù)，靈活便捷地部署和演進(jìn)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)UE接入控制和移動性管理，主要實現(xiàn)會話管理功能、網(wǎng)絡(luò)存儲功能、統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理功能、鑒權(quán)服務(wù)器功能、策略控制功能、網(wǎng)絡(luò)開放功能、網(wǎng)絡(luò)切片選擇功能。

二、5G無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析

（一）大規(guī)模MIMO技術(shù)

5G無線通信系統(tǒng)采用多天線技術(shù)，利用其強(qiáng)大的分辨率，實現(xiàn)對空間維度資源的深入挖掘，確保多個用戶在同一頻率內(nèi)的通暢通信，有效解決小規(guī)?；鞠碌母哳l譜信息傳輸問題，體現(xiàn)出極強(qiáng)的抗干擾能力和數(shù)據(jù)傳輸能力，提升頻譜效率。具體來說，大規(guī)模MIMO技術(shù)表現(xiàn)出如下優(yōu)勢性能：（1）信道容量增益。大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中的天線數(shù)量增加，可以縮減天線單元的間距，引發(fā)天線單元間更強(qiáng)的互耦效應(yīng)，大幅降低信道容量。相關(guān)的系統(tǒng)參數(shù)主要包括有：反向鏈路信道容量、前向鏈路信道容量。（2）頻譜效率。當(dāng)系統(tǒng)中的天線數(shù)量既定的前提下，可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)如：輻射功率、用戶數(shù)量、導(dǎo)頻序列的持續(xù)時間等，以有效提高系統(tǒng)的頻譜效率。

（二）雙公開技術(shù)

5G無線通信系統(tǒng)可以在雙公開技術(shù)的依托和支撐下，實現(xiàn)信息的同時傳輸和同頻率傳輸，在通信系統(tǒng)的每一端都設(shè)置發(fā)送器和接收器，同步進(jìn)行兩個方向的信號數(shù)據(jù)的傳送，不會出現(xiàn)因切換操作而引發(fā)的時間延遲現(xiàn)象，適用于遠(yuǎn)程監(jiān)測控制系統(tǒng)的交互式應(yīng)用。

（三）綠色通信技術(shù)

5G無線通信系統(tǒng)在信息傳輸?shù)倪^程中，必然會產(chǎn)生能量的消耗問題，必須加大對綠色通信技術(shù)的研究，注重能源利用率與通信頻譜效率之間的平衡與協(xié)調(diào)關(guān)系，為ICT行業(yè)打造綠色、低碳的未來。為此，電信系統(tǒng)要統(tǒng)一部署加強(qiáng)節(jié)能減排，完善蓄電池回收處理機(jī)制，避免對因報廢蓄電池處理不當(dāng)而引發(fā)的直接污染。同時，還要注重選擇無噪聲、無電磁輻射、無污染物生成的光纖光纜和傳輸設(shè)備，打造環(huán)保的無線網(wǎng)絡(luò)。

（四）毫米波高頻段通信技術(shù)

鑒于頻譜資源極其有限的現(xiàn)狀，要在5G無線通信系統(tǒng)中引入毫米波高頻段通信技術(shù)，以波頻段在30GHz—300GHz、波長在1—10mm的毫米波作為信息傳輸?shù)耐ㄐ泡d體，體現(xiàn)出帶寬高達(dá)273.5GHz、波束窄、探測能力強(qiáng)、安全保密性好、傳輸質(zhì)量高、全天候通信的特點。具體應(yīng)用包括有：（1）毫米波地面通信。可以利用多跳的毫米波接力（中繼）通信，提高信號傳輸速率、帶寬和坦。（2）毫米波衛(wèi)星通信。同時，在應(yīng)用毫米波高頻段通信技術(shù)的過程中，要考慮到毫米波在大氣中傳播時的散失現(xiàn)象，因而目前僅適用于短波通信，有待進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化。另外，由于毫米波通信系統(tǒng)與MIMO通信系統(tǒng)不相匹配，為此要引入混合波束成形的概念，利用數(shù)字域波束成形和模塊域波成形的理念，實現(xiàn)5G通信系統(tǒng)的應(yīng)用和推廣。

三、小結(jié)

綜上所述，5G無線通信系統(tǒng)基于靈活動態(tài)的TDD信號傳輸進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，構(gòu)建5G無線通信系統(tǒng)的新型接入網(wǎng)架構(gòu)和核心網(wǎng)架構(gòu)，提升系統(tǒng)移動寬帶能力，使之較好地應(yīng)用于多樣化的場景，滿足通信業(yè)務(wù)的快速發(fā)展需求。同時，要深入分析系統(tǒng)關(guān)鍵性技術(shù)，提高頻譜資源利用率，擴(kuò)展系統(tǒng)容量，為人們帶來更大的便利。