探究5G移动通信技术及其发展

探究5G移动通信技术及其发展

田晶    ,沈加乐

山东省邮电工程有限公司    山东省枣庄市      277100

摘要：移动通信深刻地改变了人们的生活，5G的应用开启了一个万物互联的新时代。5GSA核心网演进是对移动通信网络的一次全面重构，将传统网络功能解耦，抽象为独立的网络服务，同时控制面摒弃了传统的点对点通信方式，采用了基于服务化架构的串行总线接口协议。运营商所面临的网络特征、业务特征、终端特征都发生了明显的变化。当前各大运营商都在全力以赴进行5G网络建设，提升网络质量、提升用户感知是新建网络最重要的工作之一。建立并完善5G网络质量管理体系，从网络审计、质量分析、业务体验分析、投诉支撑、故障快速发现等方面，构建新场景新业务指标体系和运维能力尤为重要，需要按照质量管理体系的要求，做好5G网络的优化，提升网络质量和用户感知。

Abstract: Mobile communication has profoundly changed people's lives, and its application has opened a new era of interconnection of everything. The evolution of the 5GSA core network is a comprehensive reconstruction of the mobile communication network, decoupling the traditional network functions and abstracting them into independent network services, while the control surface abandons the traditional point-to-point communication and applies the serial bus interface protocol based on the service architecture. The network characteristics, service characteristics, and terminal characteristics faced by operators have undergone obvious changes. At present, major operators are going all out to build 5G networks, and improving network quality and user perception is one of the most important tasks for new networks. Establish and improve the 5G network quality management system, from the aspects of network audit, quality analysis, service experience analysis, complaint support, rapid fault discovery, etc., it is particularly important to build a new scenario new business indicator system and O&M capabilities, and it is necessary to optimize the 5G network and improve network quality and user perception in accordance with the requirements of the quality management system.

关键字：5G移动通信；技术；发展

Keywords：5G mobile communications; Technology; develop

0引言

经济社会的快速发展推动了移动通信网络技术水平的不断提高，5G移动通信技术在人们生产和生活中的作用也越来越大。近些年，5G移动通信网络关键技术得到了快速发展，由于5G网络容量大、速度快，因此，其得到了广泛普及。对5G移动通信网络关键技术的深入研究和讨论，对我国移动通信技术的发展有着非常积极的助力。

1  5G移动通信概述

1.1  5G网络涵义

5G网络是在4G网络基础上发展衍变形成的第五代移动通信技术，也是一种重要的网络基础设施，主要服务于eMBB增强移动宽带、mMTC海量机器类通信以及uRLLC超高可靠低时延通信三处场景，向用户提供极致的业务体验，有效解决了下载峰值速率低下、网络时延过长等通信问题，使通信服务质量得到明显提升。

1.2网络特点

相比于4G网络，5G移动通信网络有着高速率、大连接、低时延和高频谱效率的特点，这也是5G网络应用价值的主要体现。第一，高速率特点在于，在理论层面上，5G网络的单小区下行峰值速率和用户体验速率分别达到20Gbps与100Mbps，而4G网络运行期间的实际速率仅为1Gbps与10Mbps，网络峰值速率提升10倍以上，信息传输效率得到明显提升。第二，大连接特点在于，5G移动通信网络可以在每平方千米内接入百万级别的设备，具备海量多终端连接条件，设备连接能力远超过4G网络，也为物联网的实现扫清障碍。第三，低时延特点在于，5G网络的空中接口时延值在1ms及以内，首次达到毫秒级别，低时延保证了用户通信服务质量，而传统4G网络的时延高达40ms。第四，高频谱效率特点在于，5G网络的频谱效率在LTE网络的基础上提升了3倍以上，通过拓展频谱资源来满足日益增长的业务需求。

1.3关键技术

在5G移动通信传输网络中，应用到载波聚合、灵活频谱共享、超密集组网、同时同频全双工等多项关键技术。例如，载波聚合技术是通过合并若干载波形成单个信道的方法，起到消除邻区同频干扰、提升网络峰值速率、平衡主辅小区负载、降低网络容量增加难度等多重作用，如通过部署相同基站覆盖相同区域来起到强化覆盖区域数据处理能力的作用，或通过覆盖部分热点小区来强化小区热点数据处理能力。大规模天线列阵技术多用于覆盖密集居住区、高校校园等场景，起到创造灵活复用空间、解决基站收发信号容量问题、提高频谱利用效率等作用。而新型多址接入技术则通过依赖接收端数据处理算法的方式来接入多址，在下行链路等场景中的工作原理较为简单，并在信噪比差较大场景中发挥着显著优势。

2  5G移动通信传输网络的建设需求

2.1带宽需求

相比于4G网络，在5G网络中采取新推出的空口技术，5G基站对带宽提出了更高要求，只有实际带宽能力需要保持在LTE网络的10倍以上，方可充分满足在智慧交通、智慧教育、物联网等场景中的实际应用需求，体现出5G网络的价值所在。以大型城域网络为例，需要在网络体系中规划建设总数量不少于12000个的5G通信基站，要求实际运营期间的网络中心宽带保持在6Tbps及以上，成熟期的带宽提升至17Tbps及以上，如果实际带宽低于这一标准，将对5G网络运行情况、用户服务体验造成明显影响。

2.2时延需求

在3GPP标准中，对5G移动通信传输网络的时延性能指标提出明确要求，分别将eMBB移动终端-CU、eV2X和uRLLC移动终端-CU的时延标准时长设定为4ms、3~10ms和0.5ms，并要求前传时延不超过100μs。相比于4G网络，5G网络的接口时延得到大幅降低，这在改善移动通信实时服务质量的同时，也对网络性能提出十分严格的要求，旧有网络未达到这一标准，需要从调整网络组建方式方面着手来满足时延需求。

2.3组网需求

5G移动通信传输网络对组网灵活性有着严格要求，原有组网方式缺乏合理性，在构建回传网络、中传网络时暴露出多个问题有待解决。例如，在构建回传网络时，传统组网方式采取人工静态连接来保持CU-核心层网络-相邻CU的连接状态，具有配置量过大、灵活性差的局限性。而在构建中传网路时，DU、CU二者在初级部署阶段尚能保持相对稳定的归属关系，但在5G网络部署至CU云化阶段时，对网络的冗余保护、负载分担等方面能力提出新的要求，DU、CU二者关系发生改变，一对多关系取代了原有的一对一关系，应采取单独配置、统一调度的方式来解决这一问题。

3  5G移动通信技术的发展优势

5G移动通信技术即第五代移动通信系统，5G技术跟其它无线技术的统一可以建设一个先进、一流的无线通信平台。当今，人们的生活生产都紧密联系无线通信，为了推动5G移动通信技术的进一步发展，应立足于固有基础逐步体现其发展优势：一是应用效率显著和应用水平持续提升。基于高效应用高频段频谱资源的影响下，无线宽带、有线宽带、光载无线组网等技术综合渗透，因此，无线电波的穿透性显著加强，推动其大大提高工作效率。二是信号传输质量和安全性提升。相较于4G技术，5G技术具备尤为稳定的信号传输质量和安全性，其中5G技术显著提高了应用效能，随着5G技术的不断开发，其不但可以保留固有技术的优势，而且可以优化常规的点对点式通信传输技术，从而很好地实现用户的传输需求，实施多变、多点、多面的传输形式，进而实现移动通信系统综合性能的强化。三是加强用户体验。当前应用5G移动通信技术可以很好地完善传统移动通信技术传输速率慢、收费标准高、网络稳定性差的不足。其具备尤为稳定的网络和非常快的传输速度，以及收费标准会降低，从而可以让消费者提高满意度。四是设计理念的创新。传统移动通信技术的一个重要发展趋势是远距离传输，然而，5G技术尤为重视短距离传输，即室内通信，从而可以显著提升室内网络信号传输效率，以及可以将全方位无线网络覆盖于室内，从而提升移动通信的高效性和便捷性。此外，以设计理念作为视角探究，其可以对固有的4G设计理念进行延续，从而可以实训用户的多样性需求。五是增加了联网设备。针对移动通信技术而言，设备的接入数量直接影响其发展前景。针对以往的4G移动通信技术而言，其可以共同接入500多部移动设备，虽然由数据上而言，其规模非常大，但是因为用户持续增加需求，其需要持续增加传输量。鉴于此，网络整体受到的信号传输压力较大。因此，只有升级技术才能够推动通信技术的综合发展，保障同步运行上千台设备，且保障彼此不影响和不干扰，从而可以显著地降低能源损耗和提升信息传输效率。六是其它环节的优势。5G技术在其它环节的优势表现在灵活性更强、网络建设标准较低、网络覆盖率持续提高、性能指标越来越完善等。

4　5G网络技术发展现状

4.1  5G网络技术开启万物互联时代

随着信息技术的飞速发展，大多数智能设备和智能家电都能通过5G通信技术实现连接，分析设备运行状态，进行远程操作和控制，实现智能化。由于5G网络技术的广泛应用，给人们的工作和生活带来了极大的便利。5G网络技术覆盖面积大，流量数据大，传输速度快，完全可以满足单台或多台设备的网络需求，即使智能设备的复杂程度非常高，也可以在5G网络环境中良性运行。

4.2　5G网络技术提升云端技术体验感

5G网络技术应用于云技术，能够满足用户的个性化需求。充分发挥5G通信技术的作用，可让用户享受到优质服务，实现云服务。5G通信技术近年来发展迅速，通过交互方式了解用户需求，分析具体问题，根据分析结果推送智能信息。

4.3　5G网络技术结合网络切片技术提升网络通信质量

目前，各个领域的需求越来越多，特别是一些领域的个性化需求，而个性化需求的出现可以充分发挥5G网络技术对社会的作用。随着5G网络技术应用范围的不断扩大，也促进了各种智能设备自愈运行，确保了设备的安全性和可靠性。在设备运行时，可发挥5G网络切片技术的作用。网络切片技术与5G网络技术相结合，可以在应急通信的各个环节充分发挥其优势。

4.4　5G网络技术提高通信智能化水平

5G网络技术对人才的要求更高，为了充分发挥该技术的应用价值，提高经济效益，有必要合理规划人才结构，为各领域提供高素质的技术人才。将5G网络技术融入智能通信，充分展现了两者所具备的优势，两种技术融合在一起，对5G网络技术的深入发展起到了一定的促进作用。

55G移动通信网络关键技术分析

5.1 超密集异构网络

5G移动通信网络技术可以主动利用低功率的小型化基站以及宏站完成对移动信号覆盖率的精细化处理。也就是说,与4G移动通信技术相比，5G移动通信网络技术可以接入混合异构网络，进一步增强移动信号覆盖率。最重要的是，5G移动通信网络技术在站点功率利用方面表现较小，可以提供较大的频谱效率。这样，不仅可以全面增强5G通信信号质量，同时也可以全面提高5G通信效率。需要注意的是，为解决当前移动站点设置密集的现状问题，大多数相关单位对于超密集异构网络技术进行了进一步深度研究，以期可以切实提高频谱效率。

5.2 网络切片技术

网络切片作为5G通信网络的核心技术，不仅可以满足不同业务场景，网络制定要求，同时也可以保障不同业务场景之间独立运行，不受干扰，实现数据资源共享过程。其中，网络功能虚拟化即NFV基本上可以视为实现网络切片技术高效应用的基础内容。为保障可以在移动通讯网络中完成统一部署以及设备功能优化任务，操作人员需结合软件功能虚拟化特征为不同用户提供针对性服务。除此之外，因不同网络形式在网络功能需求方面存在差异，如金融行业需要稳定安全的网络体系，而视频网络则需要大量带宽，针对于此，网络切片技术应立足于满足用户差异性需求角度，加强对不同逻辑网络体系的架构应用，进一步保障网络通信服务质量。

5.3 同工同频全双工技术

随着5G通信用户数量的不断提高，我国通信宽带需求逐步呈现出爆发式增长态势。在这样的发展背景下，行业内部应加强对5G通信技术信息频段问题的优化处理。结合以往的通信领域来看，时分双工与频分双工基本上可视为传统通信领域常用的信息频段方式，在抗干扰能力方面表现薄弱。最重要的是，这种信息频段方式所涉及到的通信效率以及数据传输效率不高。而通过应用同工同频全双工技术可有效摆脱传统技术手段存在的短板问题，通过不断扩大信息容量，进一步增强数据传输速率。

5.4 D2D技术

D2D技术是两个对等的用户节点按照规范合理的操作方式，构建新型通信模式，增强信号接收与发送能力，同时，也增强资源共享效率。与传统技术手段不同，D2D通信技术更加侧重于实现资源互通，确保用户在访问相关网站时无需借助其他中间路由就可实现安全访问过程，进一步强化用户个人体验感。

6 5G移动通信网络相关问题及发展趋势分析

随着5G网络的规模部署以及网络的日趋成熟，需要重点关注5G移动通信网络的发展趋势及相关问题。其中，为进一步助推5G移动通信网络技术以及基础网络建设的深入持续发展，行业内部人员应加强对5G移动通信网络技术应用趋势以及前景问题的研究力度。

6.1 移动通信网络安全

一方面，5G移动通信在通信技术的应用层面、功能拓展及用户体验方面带来了很大的提升，如5G移动通信网络技术具有的低时延、大带宽特点，可以很好的解决移动网络在运行过程中存在的不通畅或者不稳定问题，为广大用户群体提供良好的服务体验。然而，随着移动互联网的快速发展，应用内容及方式越来越丰富，移动通信的网络安全成为需要重点关注的问题。在后续发展过程中，行业内部研究人员应对5G移动通信网络技术的运行稳定性以及安全性问题需予以高度重视。应当基于5G移动通信网络技术发展及应用现状，对当前技术应用存在的短板问题进行有效处理，以切实实现网络化安全管理过程。

另一方面，行业内部研究人员应对5G移动通信服务内容进行合理部署。一般来说，5G移动通信网络技术可根据不同用户需求制定针对性服务方案，以保障通信效率与质量得以深化加强。在实现过程中，研究人员可利用多天线以及多用户等组网方式，对传统系统架构，模式以及网络部署存在的不足问题进行有效处理。对于室内无线网络覆盖而言，也可通过与光纤网络等形式进行融合应用进一步增强网络传输稳定性与使用安全性。

6.2 频率共享及低频重耕

随着5G的规模建设及深入发展，5G移动通信网络建设面临的问题越来越多，如4/5G用户的网络保障及体验问题等。为保障不同用户的良好网络体验，可适当引入频谱共享技术，通过5G基站反馈4G/3G，提高频率使用，从而保障良好的用户体验。在应用过程中，需合理规划站点距离及部署场景，避免同频干扰。

700～900MHz等低频频段具有穿透能力强、覆盖范围广的特点，被称为黄金频段。随着5G的加快发展以及终端用户向5G网络的逐渐迁移，低频重耕成为越来越迫切的问题。行业研究人员应加快对低频重耕技术的研究，对低频重耕的场景、干扰隔离带的设置、重耕的过度方案以及相邻业务的兼容问题等进行重点考虑。十四五期间是我国5G规模化应用的重要阶段，运营商及社会各界应该积极夯实产业基础，并加强各相关垂直行业之间的统筹协调，确保5G移动通信网络及行业应用实现持续性、系统化的推进。

结束语：建立精品5G网络，提升用户感知，需要构建5G网络质量管理体系，从网络的规划建设、维护及投诉处理、网络分析及优化等各方面形成相应的工作制度和网络优化方法，设置5G网络指标体系，并据此开展网络优化工作。网络优化是个长期的工作，日常优化工作需长期推进，及时发现网络问题，提升用户感知，从而进一步提高5G登网率和5G流量占比，充分发挥5G网络的优势。

参考文献：

[1]崔艳强.“互联网+”环境下的移动通信技术应用管窥[J].中阿科技论坛(中英阿文),2020(5):83-84.

[2]唐赞淞.5G移动通信技术应用及其发展前景探索[J].中国新通信,2017(1):102-103.

[3]李星星.移动通信技术应用与发展[J].大众标准化,2020(22):112-114.

[4]吉力,晏雷,张浩.5G移动通信技术的应用及其发展趋势探讨[J].信息与电脑(理论版),2019(9):107-108.

[5]张松磊,陈小倩,陈功伯.5G移动通信发展趋势与若干关键技术探究[J].数字通信世界,2018(3):85-86.

[6]侯玉儒,陈萌,王婷婷.5G移动通信技术应用及其发展前景探索[J].数字技术与应用,2017(6):86-87.

[7]韩娜.4G到5G探究移动通信技术的发展前景[J].信息系统工程,2019(7):162.

[8]黄朝辉.5G移动通信技术下的物联网时代[J].计算机与网络,2021(3):52-53.

[9]周韬,周进.5G移动通信技术下的物联网时代[J].信息与电脑(理论版),2021(4):53-54.

[10]王光伟.浅谈移动通信在高速公路信息化建设中的应用[J].科学技术创新,2018(21):23-25.