5G移动通信网络构架与关键技术要点分析

2020年第07期
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5G 移动通信网络构架与关键技术要点分析
袁晓辉1，张永奎2
1.中国电科集团北京中网华通设计咨询有限公司，北京 100080；
2.陕西铁塔通信发展部规划设计与创新中心，陕西 西安 710000
摘要：移动通信网络技术与互联网的发展亦步亦趋，在互联网高速发展的背景下，移动通信网络技术也得以不断地创新升级。

5G 移动网络通信技术已经成为未来通信技术发展的主要趋势，相关人员需要提高对5G 移动通信网络的重视程度，并加大投入，加深研究。

在推动创新与全行业协调发展的目标下，必须严格贯彻落实国家关于5G 移动通信网络的发展政策，从技术角度出发，提供稳定的发展助力。

关键词：5G 移动通信；网络构架；关键技术中图分类号：TN929.5
0 引言
通信技术经过几十年的发展，从20世纪80年代的1G 语音技术到2G 的语音短信，再到伴随着智能手机出现的3G 网络技术以及移动互联网的4G 技术，到已经来临的5G 技术，人类从简单的语音沟通到现在的信息随处可见和万物信息随想所及，通信技术发生了翻天覆地的变化。

随着工业4.0的推进，国家倡导工业化和信息化深度融合的理念，5G 技术尤为重要。

研究5G 关键技术有助于5G 技术落地，更好地为人类的科技进步做出贡献［1］。

1 5G 通信技术特点
现阶段4G 技术已经在人类社会的各行各业得到了非常广泛的应用，其对人类的生产和生活方式带来了巨大的变革，使人们进一步认识到了通信技术的发展对社会变革的巨大影响。

通信技术从3G 进步到4G，其最大进步在于通信传输速度的提升，4G 时代实现了视频的在线观看，相较于3G 通信技术是一场巨大的变革。

5G 通信技术同4G 通信技术相比，其信息的传输效率得到了进一步提升，具体体现在5G 网络的信息下载和上传速度远超4G 时代。

5G 通信技术在实际应用的过程之中其特点主要体现在以下几个方面：
（1）用户体验更佳。

用户在使用移动通信技术的过程之中信息的传输速度和传输质量将对用户的体验造成巨大的影响。

通常情况下用户都希望信息的传输速度尽可能快、信息在传递的过程之中尽可能稳定。

5G 通信技术相较4G 通信技术，通信速率得到了进一步提升，通信质量更加稳定，因此用户在使用5G 通信技术的过程中会有着到更佳的使用体验。

此外，同上几代通信技术相比较，5G 通信技术有着更为广泛的应用范围，这意味着人们几乎在任意的地区都能够有效地连接网络，进一步优化了网络使用体验。

（2）5G 技术在使用过程中能耗更低。

环保、绿色、低碳已经成为人类社会发展的主要方向，5G 技术在进行开发和研究的过程中突出了这一理念，在实际应用中的表现就是其能耗更低。

随着通信技术的迅速发展，需要接入到网络之中的移动智能设备数量迅速增加。

例如，传统的智能手机、智能平板电脑、新兴的电子手环、健康监测设备等。

新产生的智能电子设备的一个特点是体积较小，因此其内置电池存储的电能较少，得益于5G 技术低功耗的特点，这类小体积智能电子设备的续航问题得到了有效的解决，进一步扩大了相关设备的应用范围和应用市场。

5G 通信技术在发展过程中提高了智能电子设备通信的相关要求，进而有效降低了智能电子设备在通信过程中对能量的损耗。

5G 技术低功耗的特点将有效地推动相关智能电子产品的快速发展。

（3）大容量。

5G 通信技术在研究过程中解决的关键问题之一就是容量。

在使用4G 通信技术的过程中，当一定空间内的流量达到一定值时将由通信容量不足的问题进而导致信息的传输陷入停滞。

5G 通信技术的迅速发展将有效解决现阶段普遍存在的区域内传输效率停滞等多方面的问题［2］。

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2 5G 移动通信网络的优势
什么是5G 移动通信网络呢？它是在4G 移动通信网络的技术基础上，结合4G 移动通信网络的优点，实现了各项技术的突破，不断进行了完善和优化。

5G 移动通信网络比4G 移动通信网络的信息传输更加快速、稳定、高效，它是网络发展的一个重要转折点，能更好、更全面地实现信息网络全球化。

2.1 功耗和成本较低
与传统的3G 技术和4G 技术的研究相比，5G 移动通信网络将重点放在了配件的装置成本上，在设计之前，研究和开发者已经对网络运营商和个体户对流量的需求量、网速的要求等方面做了深入的分析，进一步优化了网络资源配置，资源的利用也更加高效合理，所以5G 移动通信网络的功耗和成本更低。

2.2 系统性能更好
5G 移动通信网络是在之前的技术基础上进行了进一步的提升和优化，不管是网络天线的数量还是社区数量都大大地增多了，网络覆盖面积也扩大了很多，无论是室内业务还是室外业务，都在很大程度上提升了系统性能的稳定性。

2.3 优化了用户体验
5G 移动通信网络在设计之前，开发者已经对网络运营商和用户的流量需求量、网速要求等进行了分析，网络的覆盖面积大大增加，基本实现了网络广域覆盖功能，因此用户体验得到了优化和提升。

2.4 频谱利用率更高
5G 移动通信网络是技术的高速提升，将有线宽带技术和无线宽带相结合，提高了频谱利用率。

2.5 热点大容量
5G 移动通信网络的另一个优点是热点大容量，这在4G 移动通信网络的基础上进一步优化了因流量大幅降低传输速率的问题，即使在人口多和设备接入口多的情况下，也能够对资源进行合理分配，保证传
输速率，解决传输滞后和因网速慢带来的卡顿问题［3］。

3 5G 移动通信网络架构
3.1 接入网
通常来说，接入网的设计要遵循以下准则。

首
先要考虑的是将异构多接入技术进行融合，融合之后采用一定的设备对其进行控制，通常会选择无线控制器。

其次，还要考虑接口的兼容性，否则会影响其性能。

另外，还要将所有的数据资源在基站进行虚拟化处理，保证所有网络能协调运作。

资源的传输不是随意的，不能将所有的信息同时输送给用户，可以根据用户的浏览情况，选择用户感兴趣的内容进行输送。

3.2 网络部署场景
室内和室外的网络部署场景不同，需要区别对待，室内网络部署可以使用一些大型的天线以提高网络传输速度。

室外网络部署为了扩大覆盖面积可以建设较多的基站，通过光缆进行连接，还可以在中间加一些小的部件，以此来提高5G 网络通信速度，更好地为人们服务。

3.3 核心网
核心网与其他网络功能不同，主要是为用户服务，将用户的网络与外部网络相连接，将数据信息传输给网络元件，可以使得各个设备都能协调运行，然后再由路由器进行决策，另外，核心网还使得硬件可以更灵活地与网络相连接，降低了对硬件的要求。

4 5G 移动通信网络构建中的关键技术研究
4.1 滤波器组的多载波技术
多载波技术在5G 移动通信网络技术中的应用频率较高，该技术能够在提升频谱效率的同时避免发生多径衰落现象。

但是在利用其控制多径衰落现象时，会呈现出一定的资源浪费现象。

在具体应用多载波技术过程中应关注载波频偏表现出的较高的敏感性，由此可能会影响频谱灵活度。

由于地区间的频率存在差异，因而在应用多载波技术时可能会导致频率较低的地方出现带宽不足的问题并产生大量空白频谱的现象，最终影响多载波技术的连续使用效益。

因此，技术人员研究出了基于滤波器组的多载波技术，该技术能够优化5G 移动通信网络系统，还能够满足各个载波之间的独立运行要求，使其处于相应的运行状态中，因而能够有效抵抗外界干扰。

4.2 大规模天线技术
大规模天线技术（MIMO）根据空间通信通道的多个途径衰弱特征，在接收端和发射端都设置多个天
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线，Wi -Fi 信号通过空间时间处理技术获取分机增益或者复用增益，从而提高Wi -Fi 系统传输的可靠性、稳定性和频谱利用率，很好地改善通信质量，改善了用户的通信体验。

大规模天线技术充分利用现实中的空间资源，在不增加频谱资源和天线发射功率的前提下，数量级地扩大系统信息通道容量，所以，大规模天线技术成了5G 网络三个典型应用场景的核心技术。

大规模天线技术在空间解码和空间编码端提供配置多个信道的能力。

大规模天线技术能获得大规模应用的主要原因是其有复用增益和分集增益技术。

近几年，大规模天线技术的成熟正在逐步完善和提升，从3G 时代使用的SISO（单发送单接收），3G 技术的3大标准：美国CDMA2000、欧洲WCDMA 及中国TD -SCDMA，下行峰值速率3.6 Mbit/s。

通信发展到4G 时代时开始使用智能天线技术、多天线、IPv6技术正交频分复用技术，网络传输速度明显提高，下行峰峰值速率为100~150 Mb/s，比3G 提高了30~40倍。

4.3 移动云计算技术
该项技术的主要架构包含基础设施、客户端、软件服务以及平台等，5G 技术的特征在得到充分展现的同时，移动终端的性能更加显著，从而有利于服务多样化的实现。

近年来，随着手机及平板电脑等用户数量的增加，5G 技术能够通过移动云计算功能为用户提供更加优质的物联网服务。

该项技术的充分应用，能够促使5G 信息服务模式的创新及改革得到有效保证，进而有助于新型运营及交互模式的建立与开发。

在移动云计算技术中，通过采用5G 技术，能够依据实际的需求将远程服务商与智能终端进行有效连接，从而有助于用户对所需信息以及资源的及时获取。

与此同时，云计算在实现资源信息有效存储的同时，能够灵活调用各种资源，从而使其数据计算的步骤更加简便、快捷且有效，使本地资源不足的情况得到有效改善。

此外，在分布运行方式中还能够实现云备份以及云存储，防止在5G 通信网络中信息丢失问题的出现。

在云计算技术中通过有效引入远程安全控制方法，有助于与5G 网络的无缝联合。

4.4 M 2M、D 2D 通信技术
在5G 网络技术中M2M 以及D2D 是其重要内容，
前者是机器之间的相互通信，而后者则为设备与设备之间的通信。

5G 网络能够给予M2M 交互式服务，能够根据相应的网络请求进行信道资源的有效供给，并能够与协议进行同时连接。

但在进行实际应用期间，M2M 会导致通信过载或者堵塞等问题的出现，因此应该有效控制相应的负荷机制，确保通信应用的规范性可以得到保障。

在D2D 通信应用期间，主要是依据蜂窝项进行数据的短距离传输，同时能够在终端进行相应的会话传输，并且其传输的整个过程并不与基站运作相牵扯。

蜂窝网具有无线资源分配以及会话建立等多种功能，能够有效缓解通信基站的运行压力，从而促使终端之间的传输效率得到显著提高。

但需注意的是，5G 网络在实际应用期间，采用D2D 技术虽然能够获取相对较高的效益，但也存在一定的干扰问题。

因此在后期研究的过程中，可依据干扰问题进行相应的抗干扰处理，进而更加有助于保证5G 网络的运行效果。

5 结语
5G 移动通信网络技术是一种具有全新活力的通信技术，且能够与当前互联网的发展趋势相适应。

对5G 移动通信网络进行覆盖时，工程技术人员应关注采用科学与先进的5G 移动通信网络技术，具体包括多载波技术、移动通信云计算技术、M2M 与D2D 通信技术、SDN/NFV 技术和大规模天线技术（MIMO）等。

通过对上述技术的合理应用，5G 移动通信网络的稳定性将显著增强，进而能够为人们提供更加快捷与更加智能化的服务［5］。

参考文献
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产品与流通，2019（10）:55.
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品与流通，2019（10）:68.
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［4］吴泉.5G 通信技术应用场景及关键技术分析［J ］.网络安全
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［5］聂建宁.5G 移动通信网络关键技术分析［J ］.信息通信，2019
（8）:217-218.。