5G蜂窩網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)討論

文/楊帆（遼寧工程職業(yè)學(xué)院）

一、5G通信系統(tǒng)無線設(shè)計(jì)簡介

5G無線設(shè)計(jì)策略，需要單層架構(gòu)。研究人員表明，大多數(shù)無線用戶大約80%的時(shí)間花在室內(nèi)，20%的時(shí)間花在室外。在目前的無線小區(qū)架構(gòu)中，小區(qū)中間有外部基站，為了讓內(nèi)部用戶與外部基站進(jìn)行通信，信號(hào)必須穿過內(nèi)壁，導(dǎo)致很高的穿透損耗和頻譜效率的響應(yīng)成本，為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，我們有了新的思路或設(shè)計(jì)技術(shù)。設(shè)計(jì)5G小區(qū)架構(gòu)的目的是為了實(shí)現(xiàn)不同的外部和內(nèi)部設(shè)置，這種設(shè)計(jì)技術(shù)使得穿透建筑物墻壁的穿透損耗略顯紅色，這種想法得到了多種MIMO技術(shù)的支持，使用具有數(shù)十個(gè)或數(shù)百個(gè)天線單元的地理分布的天線陣列。較新的MIMO系統(tǒng)使用兩個(gè)或四個(gè)天線，但是大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的想法被提出在大型應(yīng)用中使用大型陣列天線單元。

二、無MIMO網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

為了建立一個(gè)大的MIMO網(wǎng)絡(luò)，需要為外部基站提供一個(gè)大的天線裝置，其中一些分布在六邊形基站周圍，并且采用了大量的MIMO技術(shù)，通過光纖玻璃連接到基站，外部移動(dòng)用戶通常有固定數(shù)量的天線單元，可以構(gòu)建一個(gè)大型的虛擬天線陣，與基站天線陣列形成虛擬大MIMO連接。

另外，每棟樓都安裝了一個(gè)大天線電源，利用眼組件與外部站進(jìn)行通信，樓內(nèi)的無線接入點(diǎn)與大天線相連，通過電纜與室內(nèi)用戶進(jìn)行通信，提高了能效、數(shù)據(jù)傳輸速率，蜂窩系統(tǒng)的平均信號(hào)吞吐量和頻率效率，但是以擴(kuò)展基礎(chǔ)設(shè)施為代價(jià)。隨著這種架構(gòu)的引入，內(nèi)部用戶只需連接到內(nèi)部無線接入點(diǎn)或維護(hù)已安裝的通信天線陣列。內(nèi)部通信采用WiFi、超寬帶、小型基站，毫米波和可見光直接通信技術(shù)對(duì)于具有高數(shù)據(jù)速率的小型通信非常有用。然而，諸如可見光通信和毫米波之類的技術(shù)不像過去那樣將高頻用于蜂窩通信。外部或遠(yuǎn)程應(yīng)用并不是一個(gè)有效的想法，這是因?yàn)檫@些波不能有效地穿透致密材料，并且很容易被雨水、氣體和植被驅(qū)散。在認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)（CR）中，引入無線通信中不常用的新頻段可以提高現(xiàn)有頻段的利用率。移動(dòng)基站的概念是無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)5G的一部分，包括移動(dòng)中繼和小基站的概念，以及高移動(dòng)性用戶的概念，安裝在汽車和高速列車上。

用戶認(rèn)為，移動(dòng)小區(qū)作為常規(guī)基站實(shí)現(xiàn)，相關(guān)用戶以基站為單位進(jìn)行觀察，證明了劃分室內(nèi)外空間的思想，移動(dòng)小區(qū)用戶的數(shù)據(jù)速率業(yè)務(wù)具有較高的數(shù)據(jù)速率，作為5G有線用戶，蜂窩網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)只包含兩個(gè)邏輯層次：網(wǎng)絡(luò)云和無線網(wǎng)絡(luò)，無線網(wǎng)絡(luò)由不同的組件組成，實(shí)現(xiàn)不同的功能。網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（nfv）云由用戶級(jí)實(shí)體（UPE）和控制級(jí)實(shí)體（CPE）組成，它們執(zhí)行與用戶和控制平臺(tái)相關(guān)的副功能。

三、作為服務(wù)的特殊網(wǎng)絡(luò)功能（xaas）

特殊的網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)將提供按需服務(wù)，資源池就是其中的一個(gè)例子，Xaas是無線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)之間的連接，一般的5G信號(hào)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)描述了不同技術(shù)之間的連接，如MIMO大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，該架構(gòu)還解釋了NFV云在5G蜂窩網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的作用。小蜂窩接入點(diǎn)和物聯(lián)網(wǎng)也包含在5G蜂窩網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，總體而言，5G蜂窩晶圓結(jié)構(gòu)可以為未來5G標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)提供更好的平臺(tái)。

四、5G無線網(wǎng)絡(luò)新興技術(shù)的暢想

即將到來的5G無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將使移動(dòng)和無線通信量在未來增加100倍，并將增加連接到50bi的云設(shè)備數(shù)量，隨著網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)量的快速增長，還存在一些挑戰(zhàn)，這些設(shè)備需要隨時(shí)隨地訪問和交換數(shù)據(jù)。越來越多的互聯(lián)設(shè)備將通過提高能效、容量、成本和頻率利用率以及確保更好的可擴(kuò)展性來解決這些問題。

五、結(jié)語

關(guān)于當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)的愿景，總體技術(shù)目標(biāo)是提供一個(gè)系統(tǒng)的想法：每區(qū)域數(shù)據(jù)量增加1000倍，100倍連接設(shè)備數(shù)量增加10到100倍，典型用戶數(shù)據(jù)率增加10倍，低功耗大規(guī)模機(jī)器通信(MMC)設(shè)備的壽命降低端到端。延遲在本文中，我們將涵蓋廣泛的技術(shù)領(lǐng)域，這是由于用戶的各種應(yīng)用程序和要求而產(chǎn)生的。為5G的各種應(yīng)用和需求提供一個(gè)通用的連接平臺(tái)。