5G通信技术背景下物联网应用发展窥探研析讨论

黄旭凤

（中国联合网络通信有限公司茂名市分公司，广东 茂名525000）

1 5G无线接入和网络架构关键技术

5G无线接入关键技术主要有以下几种：①大规模天线阵列技术。该技术增加了天线端口数量，可以方便众多用户同时同步进行数据传输。应用3D-MIMO技术，可以同时在垂直与水平方向完成数据的输入输出[1]。②全频谱介入技术。该技术增设了超过6 GHz的高频段，使混合组网同时具备高低频，应用6 GHz以下的低频段达到无缝覆盖的效果，超过6 GHz的高频段则用于提升位于热点区域的速率[2]。③新型多载波技术。新型多载波本质是一段子载波长度，可以提高配置的灵活性，提升频谱效率。当前发展较为成熟的有华为旗下的空口波形技术F-OFDM、中兴研发的FB-OFDM新型多载波技术。④终端直连技术。该技术可以实现不同终端通信的衔接，使基站负担相应减轻，避免出现较大通信时延[3]。

5G网络架构关键技术主要有以下几种：①网络切片技术。网络切片基本版本是VPN，也就是虚拟专用网络，通过SDN对流量顶层进行设计，在复杂性相对较强的环境下，加强网络侧整体接入性能。②边缘计算MEC。通过本地计算与存储的方式，实现对信息的快速响应，提高传输速度，使业务时延进一步降低，防止为远程传输带来较大压力。

2 边缘云和5G网络融合部署

边缘云作为一种新型开放平台，融合了计算与存储等多项功能，可以实现优化数据、保护隐私等多种功能，作为就近计算概念的一种，可以将计算能力带到网络边缘。这样数据就无需向集中云上传，减少了等待时延，也减少了网络带宽的压力，可以加快用户需求的响应速度。

为达到5G万物互联的效果，运营商在确定核心网设计模型的问题上，主要以CT思路为基础，也就是服务化架构。未来5G给予服务化的架构，将支持控制面与用户面两者之间的分离，在部署上更加灵活，实现网络功能相互之间的交叉，进一步弱化接入网等功能。这种服务化架构设计模式优势较为明显，可以实现对网络资源的高效利用，提高网络能力，加快网络架构更迭的速度。

引入虚拟化技术过后，实现了传统核心网网元的软硬件解耦。3GPP定义的服务化结构，拆分网络功能整体，为不同自管理、自包含的网络功能服务，互相之间能够解耦，也能独立升级、独立弹性，而且标准接口和网络功能服务，可以实现互通，可以基于不同需求，通过编排工具进行实例化部署。在服务化架构中，网络元素较多，例如AMF、SMF等，每个网络元素都能相互之间快速交互，基于业务需求进行优化，这和4GEPC架构的工作方式相比，灵活性优势更加明显。

传统核心网网元之间的通信为点对点模式，这同样是一种互相耦合的模式。在5G核心网架构之下的网路功能服务，这种通信机制将向生产者、消费者模式进行解耦，生产者不会在意消费者的身份和位置，消费者也一样，在通信双方接口解耦方面，适用性较强。

3 5G基站节能降耗技术

在5G通信技术快速发展的时代背景下，如果想要提高技术应用水平，实现5G通信技术与物联网相结合的长远发展，一定要重视5G通信技术产生的能耗问题。运用5G技术进行海量数据的传输和接收，产生的高能耗也将加剧通信行业问题。在能耗构成方面，基站设备能耗占比较高，因此建设基站时，应当重视5G基站节能降耗技术的应用。具体而言，主要有以下三种类型的技术。

3.1 硬件节能技术

硬件节能技术主要包含以下方面：①对硬件架构设计进行优化，使硬件能效水平得以提升。5G协议和功能在不断成熟发展的同时，应用ASIC专用芯片替代FPGA高功耗器件，使硬件平台集成度和性能进一步提高，降低了设备基础功率。②提高半导体工艺演进速度，进一步提升硬件集成度。现阶段，基站设备普遍应用14 nm或28 nm技术，发展过后，会应用10 nm或7 nm技术，芯片工艺进步的同时，也会出现功耗下降的情况。③应当重视新技术和新材料的引入，使功放效率全面提升。例如，应用漏压调节，或者GaN等技术，对PA设计进行优化，使设备功率利用率得以提升。

3.2 软件节能技术

软件节能技术包含符号关断、通道关断等特性。其中，符号关断特性主要是通过不连续发射功放，使AAU功耗降低。若AAU检测到在下行符号发送时，若没有发送数据，将关闭功放；若符号周期内出现数据调度情况，功放会进入工作状态，不会对网络性能产生任何影响。符号关断比例和基站调度方式息息相关，为实现节能效果的提升，可以优化调度算法，在特定符号内集中用户数据，在空闲符号比例增加的前提下，实现符号关断节能效果的增强，进而达到关断智能化符号的目的。

通道关断等特性在AAU设备上应用较多，在业务量变化的基础上，对一些射频通道进行休眠操作，达到节能的目的。若增加业务量，则应将处于关闭状态的通道全部打开，向多通道发射状态发射。通道关断之后，因为减少了AAU射频通道数量，基站覆盖能力也会因此受到较大影响。为全方位为网络性能的稳定性提供保障，在关闭通道时，应当将控制信道发射功率提高，并开启上行接收通道，防止接入终端时受到影响。中兴和华为的平均功耗对比如表1所示，由表1可以看出，无论是空载还是满载，BBU功耗都不会相差太多；而AAU功耗则包含静态和共台功耗两个方面，静态功耗主要与设备硬件性能紧密相关，和业务负荷关系不大，而动态功耗则会紧随业务负荷波动，出现较大变化时，业务负荷越高，功耗就会越大。

表1 中兴和华为的平均功耗对比

3.3 基于AI的智能节能技术

该技术的实现流程，主要包含以下环节：①基站设备制式和频段不同，会通过网管接口将各种业务性能数据传输至网管平台；②AI平台会持续获取来源于网管平台的业务性能数据，通过机器学习的方式深入分析数据，在分析结果基础上，对节能基站进行识别，促进节能策略的生成；③AI平台向节能基站下发节能策略，使基站进入节能状态；④在业务负荷变化的前提下，AI平台会对网络性能和节能效果进行实时评估，对节能策略进行针对性调整优化，提升节能效果。

4 5G基站节能降耗技术应用策略

基站节能降耗的实现，需要借助硬件节能技术，该技术可以在节能方面取得较为明显的效果，可以同时降低AAU与BBU的能耗，改善基站能效水准。实现硬件节能，既需要5G关键器件较为成熟，还需要基站硬件架构演进达到一定程度，这也是硬件节能技术应用需要时间周期的原因。与之相对的，软件节能技术则主要可以减少AAU动态功耗，对BBU功耗没有较大影响。通常情况下，基站负荷越低，节能效果就会越明显。另外，节能效果同样和节能参数息息相关，节能特性生效时间越长，节能增益也会更加明显。实际应用层面，可以视节能场景不同，对参数进行配置，提高节能需求的差异化程度。基于4G网络打底覆盖，开启5G小区关断特性，显著降低5G网络能耗，未来应结合5G业务特征，与AI技术高度结合，应用通道关断等节能特性，提高软件节能水平。AAU内部原理如图1所示。

图1 AAU内部原理

5 结束语

综上所述，从业人员应当重视提升5G通信技术应用的科学性，强化5G通信技术和物联网技术的应用，并通过降低5G基站节能降耗技术的应用，减少能耗，为物联网技术发展注入新活力，促进5G技术和物联网技术可持续发展。5G基站节能可以从硬件和软件两方面实现，不仅可以通过引入新材料、新技术，还可以通过通道关断、符号关断等形式，减少AAU闲时能耗。未来可以基于软件节能特性，达到优化和增强的作用，实现5G技术的智能化发展。