5G移动通信网络架构与关键技术要点探讨

◆林利军

（杭州电子科技大学信息工程学院 浙江 311300）

纵观移动通信的网络时代发展，其发展阶段的时间跨度正在逐渐缩短。如今，5G移动通信时代，它将带来更为激进的性能要求，同时也需要巨大的改变和新兴的技术来满足5G的需求。在5G移动通信时代，5G网络技术将会不断与其他相关前沿技术相结合，以人为主要服务对象，延伸到人与物全连接的世界，实现“万物互联”的伟大愿景。

1 5G移动通信网络架构

5G网络是基于4G网络基础上不断发展和完善而形成的一种新型网络架构模式[1]。目前，5G的关键技术及其对于网络的需求已得到了初步确定。鉴于其发展方向，互联网与物联网的有效结合也必将是未来的一大趋势。当然，5G网络技术除了能够带来移动互联网的巨大变革外，还能够为超高流量密度及移动性等无线物联网需求提供强有力的支持。而5G网络自身在其长期的发展中已形成了一定的基础模式，大体可从原有的认识模式上进行深度研究与剖析。综合未来发展方向，关于5G的网络架构将主要围绕三大模块开展，即是网络部署场景、接入网、核心网。

（1）网络部署场景

5G网络在场景部署方面，基本与现有4G网络相同。在应用中也主要围绕室内和室外模块开展。5G将以统一的空口技术框架，沿着低频和高频的新空口及4G演进，依托其多样化的技术形式而应用于不同的场景。根据以往业务发生的流量计特点，室内场所的流量应用是其最集中的部分，占到MBB业务的近八成[2]。在部署网络时需要考虑到严苛的室内覆盖和容量问题。例如，针对一些小型的热点区域，可以通过在室外设置微基站，以其作为主要信号源来覆盖5G网络至室内。至于大型室内建筑，运营商则可以采用DAS系统对建筑物进行室内场景的覆盖。当然，DAS目前并不完全支持5G主流频段。当DAS受限时，则可以采用HetNet网络来解决DAS管控难、定位难的问题。针对室外的场景部署，需要更多地考虑到网络的覆盖问题及数据传输问题，因为这些室外场景区域往往集中在密集的居民小区、建筑高且密集的楼宇、人口流动量大的商业场所等。所以对于这些室外场景的部署，可通过分布式基站、MIMO天线技术等多样性的方式来实现。当然，在对于MIMO天线技术、Small Cell的应用中，可以考虑利用蜂窝系统作为实现一定网络部署的辅助技术。此类覆盖方案可有效保证室外网络的覆盖率及实现5G数据传输速度的最大化[3]。

（2）接入网

从目前接入网应用形式来看，主要包括三种形式：其一，对现有的接入技术做多网多制式融合；其二，构建网络基站，并以此分配虚拟资源；其三，关于信息边缘的缓存与传递。在接入网的多种技术融合上，无论是对于传统的2G、3G，抑或是如今的4G、Wi-Fi技术等不同的接入方式，都可以考虑引进单一的无线控制器以实现5G网络的接入。在针对移动网络的信息边缘缓存及传递上，接入网的设置可以说是带来了极大的柔性操作。无线接入网络能力当被开放给第三方业务服务商，可以使得服务的提供适配网络能力增强和网络条件优化，提升用户的实际体验。利用接入网进行数据的传输可以有效优化数据传输的路径，实现数据平面的良性发展[4]。

（3）核心网

5G网络作为未来移动网络发展的通信主体角色，将会拥有更高效的数据传输速度及强大的数据处理能力，因而针对其核心网的设计及应用将是其发展的重中之重。在未来的5G移动发展规划中，其核心网相对于以往将会有更强大、更丰富的通信能力。5G核心网将会以新姿态向分离式架构演进。一是网络功能的分离，吸收了NFV云原生的设计思想，以别具一格的软件化、模块化的方式来构建网络；二是控制面和用户面的分离，使得用户摆脱以其为中心的约束，更加灵活地部署于接入网与核心网。但是新核心网的核心功能仍然存在，只是朝着更灵活、易开放、易扩展的方向发展。

2 5G移动通信的关键技术

（1）关键技术一——大规模多输入多输出技术

大规模多输入多输出技术（MIMO技术）是5G网络数据高效传输的核心所在[5]。在这种技术下，信号可通过信号发射站的多个无线通信系统进行独立发送，同时，发射基站又可以接收到多个无线信号，通过对接收信号的整合加工，实现对原数据信息的复原。在以往的移动数据通信中，鉴于数据传输的方式是通过基站与手机进行单天线传播，这种信号的传播效率较低，速度较慢。而通过大规模多输入多输出技术，利用大规模的天线阵列，能够形成良好的用户波束，通过波束的调节匹配到信号传输的最佳相位，这样往往能够达到最佳的接受效果，从而实现信号接收强度的跨越性提高。

（2）关键技术二——D2D技术的应用

D2D技术，也就是“蜂窝通信”，是5G通信技术发展下的必不可少的关键技术。伴随着5G网络的不断发展及应用，原有的无线通信性能也需要相应地进行提升。蜂窝技术就是从提升用户的满意度及舒适度的主方向来考虑，因此该项技术也被广泛地应用。它不仅为网络和终端用户实现了负载的分流，并且降低了功耗，提升了潜在通信的可用性和可靠性。目前，D2D技术在我国已有多年的应用基础，技术层面相对来说已经十分成熟。D2D技术以其稳定性已成为5G发展的关键技术之一，因此其具备应用在大量新场景的能力。笔者认为，在其强大的应用前景下，D2D技术将会在未来的互联网、通信技术等领域发挥至关重要的纽带作用。

（3）关键技术三——超密集网络技术

结合时代发展趋势，互联网与物联网的有机结合将是其中发展的一大趋势。因此，未来的移动通信应用也将呈现出多元化、智能化的倾向。我们应该认识到，随着未来社会对于庞大数据传输的要求越来越高、随着电子设备及数据终端设备的普及，数据流量的使用以及大数据的应用将会成千倍的递增。因此，未来发展超密集网络技术是应对数据直线上升的有效措施，其更将成为局部网络压力的中流砥柱。在超密集网络技术应用之后，可以协同部署方式来实现对所覆盖环境的整体优化，减少其受到外界其他因素的干扰，达到复用网络频率的自适应的作用。此外，通过该技术的应用，将会导致小小区更为“毛刺化”的行为模式，使得潜在的自回传基站总量得到一定程度的增加。

（4）关键技术四——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，这将会使无线通信链路的频谱效率提升一倍[6]。不过就目前来说，同时同频全双工技术的实施尚存在一定的困难。需着重克服一系列的关键性问题，如克服异频干扰及数字干扰、提高数据系统的整体吞吐量等。

3 结语

5G移动通信试图连接物联网中的海量设备，必然要先解决其网络架构及关键技术问题。通过技术研发人员及移动设计专家的不断努力，第五代移动通信技术将以前所未有的方式改善人们的生活，也必将为经济领域带来传导效益。