网络与通信技术信息与电脑China Computer & Communication2019年第15期5G技术研究黎 刚（广东南方电信规划咨询设计院有限公司，广东 肇庆 526000）摘 要：无线通信技术的发展经历了最初的2G、3G到目前全面普及的4G，即将进入5G时代。5G阶段，无线网络技术对社会其他领域具有更大的渗透力。相比4G网络，5G网络具有高速、稳定、大容量和低时延等特点，同时，对5G网络部署提出更大挑战。基于此，围绕5G关键技术及特点、5G无线网部署关键问题、应用场景等，全面分析5G无线网络技术。关键词：5G无线网络技术；无线网络架构；网络部署中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1003-9767（2019）15-168-035G Technology ResearchLi GangAbstract: (Guangdong Southern Planning&Designing Institute of Telecom Consultation Co.,Ltd.,Zhaoqing Guangdong 526000,China)which is about to enter the 5G era. In the 5G stage, wireless network technology has greater penetration in other areas of society. Compared The development of wireless communication technology has gone through the initial 2G, 3G to the current universal 4G, with 4G network, 5G network has the characteristics of high speed, stability, large capacity and low latency. At the same time, it poses a wireless network deployment, application scenarios, etc., a comprehensive analysis of 5G wireless network technology is made.greater challenge to 5G network deployment. Based on this, around the key technologies and characteristics of 5G, the key issues of 5G Key words: 5G wireless network technology; wireless network architecture; network deployment０ 引言广泛的连接。5G技术在网络层方面的创新力度大于物理层[1]。5G指第五代移动通信技术。5G非独立组网（5G Non-1.1 新型网络架构Standalone，NSA）标准在2017年12月正式冻结。5G NR标准的完成，标志5G标准和商业进程进入加速阶段。20185G与4G网络在架构上存在较大差距。5G无线接入年6月，SA（独立组网）功能在美国圣地亚哥举行的3GPP网（Radio Access Network，RAN）架构是有源天线处理单全会上冻结。此标准的冻结意味着5G全面开始进入商业化元（Active Antenna Unit，AAU）、分布单元（Distributed 和产业化阶段。5G无线网络业务根据应用场景主要分为增强Unit，DU）和中央控制单元（Centralized Unit，CU）构移动宽带（eMBB）、海量机器类通信（mMTC）、uRLLC（超成的三级架构，4G是远端射频单元（Remote Radio Unit，可靠、低时延）三大应用场景。其中，比较经典的实际应用RRU）、室内基带单元（Building Baseband Unit，BBU）组有无人驾驶、智能制造和物联网等。为了实现更高通信速率、成的两级架构[2]。在新型网络架构下，5G网络重构了各网元更低传输时延、更广泛的连接和更高可靠性，5G技术在无线之间的网络功能。其中，5G网络架构中的中央控制单元（CU）传输技术和无线网络接入技术上不断创新。部分，用于处理非实时任务。业务层面，无线资源统一管理、移动性集中控制由CU实现，可提高网络性能；架构层面，１ ５Ｇ关键技术将CU集成到运营商平台或者在专用硬件平台实现云平台，5G关键技术和技术特点大致分为：采用大规模天线、实现资源池化、自动化部署，降低运营商成本，保证用户体高频大带宽组网、超密集网络和多种无线接入技术融合等实验。从本质上来讲，5G中的CU对应4G网络架构BBU的现更高的通信速率；采用新型帧结构设计、端到端直连通信非实时部分，4G网络架构中的实时部分对应5G网络架构中和边缘计算等降低端到端的传输时延；新型多址技术实现更的DU，负责物理层协议和实时服务处理。不同应用场景中，作者简介：黎刚(1986—)，男，湖南长沙人，本科，工程师。研究方向：通信工程规划咨询及设计。— １６８ —信息与电脑2019年第15期China Computer & Communication网络与通信技术CU和DU可以分开部署，也可以整合部署。将4G网络架构该技术下，天线数量是增加信道容量、提升信号质量的关键，中的BBU基带部分与RRU、天线合并，实现5G网络架构不依赖频谱资源和发射功率。Massive MIMO天线具有波束中的AAU，节省DU与RRU之间的传输资源[3]。由于网络赋形的功能，发射数据时可以通过调整天线波宽、方向，实架构的变化，5G网络架构增加了CU到DU的中传网络。两现三维精准波束赋形，将能量向所需方向集中辐射，而不是种网络架构对比如图1所示。散布在整个区域。相比之下，其更易获得更高的信噪比，提高传输速率。天线数量越多，信道容量越大，同时，空间维 非实时部分度增大，信道趋于正交，信道之间的干扰随之降低。在毫米PDPC5G CU波波段，信号衰减进一步加大，发射功率受限，通信距离无4G BBU 法改变，大规模天线阵列几乎成为保证通信质量的唯一手段。部分物理层MAC/RLC5G DU但是，大规模天线阵列实际使用中，存在波束控制和天线数量带来的成本问题[7]。 4G RRUPHY5G AAU1.5 先进调制编码5G无线传输信道编码采用低密度奇偶校验（Low 图１ ４Ｇ与５Ｇ网络架构Density Parity Check Code，LDPC）编码和极化（Polar）编1.2 多种网络混合部署码两种编码方式。其中，前者应用于数据信道编码，后者应3GPP组织拆分5G接入网技术（5G NR）与5G核心网（5G 用于控制信道编码。信道编码中，数据信道编码的码长较长，Core），独立推进至5G时代，以适应不同应用场景[4]控制信道编码的码长较短。LDPC码相较于Turbo码，有更。于是，高的码峰值速率、更快的译码速度和更低的功耗，更易满足出现了由5GNR、5G核心网、4G核心网和LTE混合组网等多种网络部署方式。利用部分现存的4G网络，实现5G网络5G高吞吐率数据译码和低误码率的需求。Polar码在小数据下具有最优性能、更低解调门限和更低复杂度等优点。先进的快速部署和成本控制。但是，这种方式存在使用场景限制，的调制编码技术，是5G无线网络技术实现低时延、高速传输、例如eMBB场景中，可以采用CU+DU分层组网架构或者控大容量的重要技术基础[8]。制面虚拟化的超密集组网架构[5]，如图2所示。1.6 高阶调制技术更高阶的调制方式可以在一个符号中包含更多信息。5G在兼容4G调制方式的基础上，增加了高阶调制技术。5G无线通信中采用1024正交振幅调制（Quadrature Amplitude Modulation，QAM）方式作为下行调制方式，最高采用256QAM作为上行调制方案，进一步提高5G无线通信中的频谱效率，实现更高的无线传输速率。２ ５Ｇ网络部署5G网络部署主要分为独立组网（SA）和非独立组网图２ ＣＵ＋ＤＵ的分层组网架构（NSA）两种方式。根据独立部署策略要求，运营商需建立1.3 高频段频谱资源的使用新基站、核心网，构成新网络，独立于现有4G网络。根据NSA部署策略，在现有4G基础设施上建立5G微基站，实香农定理中指出了信道传输速率的决定因素。根据现高业务密度区域，实现4G网络和5G网络共同运行[9]。两C=Wlog2(1+SNR)，在高频段更易得到更大的传输带宽。其中，种方式相比，SA有规模经济性强的优点，可以避免5G无线W为信道带宽，SNR为信噪比，C为信道容量。4G中单信网和现有4G基础设施的整合问题，但存在建设成本高的问道最大带宽为20MHz，5G中波段最大支持100MHz，毫米题。NSA的优势在于通信设施建设效率高，但在现有4G基波上最大可达400MHz。由于5G中采用大规模多输入多输础设施上部署5G无线网络面临规模问题。运营商在实际组出天线阵列，因此5G无线传输速率可达1Gbits/s甚至更高[6]。网中使用两类方式部署网络时发现，非独立组网方式比独立高频信号的传输损耗比低频信号更大，为了获得更大带宽的组网更消耗能量，运营成本更高。这意味着独立组网方式是传输条件，如果不改变其他条件，需降低信噪比。未来5G组网部署的发展方向。1.4 Massive MIMO３ 应用场景Massive MIMO指大规模多输入多输出天线阵列技术。5G无线网业务主要分为eMBB、URLLC、mMTC三类— １６９ —网络与通信技术信息与电脑China Computer & Communication2019年第15期应用场景。虚拟现实（VR）、增强现实（AR）体验中，使[2]王祖阳,杨传祥,张进.5G无线网技术特征及部署应对用者经常感到晕眩，解决这个问题的有效方法是提高刷新率、策略分析[J].电信科学,2018,34(S1):9-16.降低时延率。当前5G无线网络技术可以在降低时延上提供[3]陆晓东,谢伟良,杨峰义.基于控制与承载分离的5G有效的解决途径。4G时代，自动驾驶技术由于时延问题，车无线网架构研究[J].移动通信,2016,40(19):81-86.联网技术仅实现了信息交互，实时性不高，而5G时代，基[4]陈昕.通信网络优化及其安全[J].科技创新与应于低时延，自动驾驶将成为现实。先进的信息感知获取等制用,2018(3):193-194.造过程系统和模式构成智能制造。[5]方汝仪.5G移动通信网络关键技术及分析[J].信息技４ 结 语术,2017(1):142-145.5G技术的发展给社会其他领域带来新的发展方向，围[6]赵艳梅,刘彬.通信网络优化及其安全分析[J].科技绕智能城市、智慧生活、智能工业，越来越多行业将与5G风,2017(8):109.技术融合。[7]王金妹.网络优化与通信安全技术的探索[J].中国新技术新产品,2010(15):35.[8]王胡成,徐晖,程志密,等.5G网络技术研究现状和发参考文献展趋势[J].电信科学,2015,31(9):149-155.[1]刁兴玲.中国联通王光全:5G承载对光模块的采用需[9]吕满意.物联网形势下的5G技术研究[J].中国新通充分考虑不同场景[J].通信世界,2018,18(13):45-46.信,2018,20(13):176.（上接第167页）中化部署BBU，支持多站点，利用专用接口支持多点协作传同以及大维智能共生无线通信基础理论与技术研究等。输；最后，协作化处理且云化基带池，利用虚拟化的方式简化网络管理，有效协调资源池和无线资源[3]。４ 结 语当前5G通信发展的主要方向是突破信息传递的时空限３ ６Ｇ发展方向与展望制，为用户提供交互体验，拉近万物融合距离，通过超高流未来，下一代颠覆式通信技术将从5G采用的毫米波频量密度、超高连接数密度和超高移动性网络服务，实现“信段跨越到太赫兹，甚至是光波频段，从更高的频谱资源中获息随心至、万物触手及”的总体愿景。未来，在5G的基础上，取更高的通信容量和通信速率，采用创新网络架构满足不同6G网络技术将集成卫星网络实现全球通信覆盖，为物联网时的应用需求。3GPP组织在工作展望中公布，将于2023年开代提供更大的技术便利。另外，其应用会触及更前沿的工业启6G研究，于2025年开展6G技术标准化工作，预计2028和科学应用，结合AI计算能力，支持无线设备实现实时远年推出6G设备产品。欧盟对6G技术的初步规划采用高于程控制和传感技术。6G时代的通信性能，将又一次实现跨越275 GHz的太赫兹频段，数据传输速率超过100 Gbps，带式进步和革新。宽1 GHz，网络回程和前传同样采用无线传输方式。国内，2018年6G研究工作已启动，预计2020年着手研发，2030年正式投入商用。2019年6月，科技部发布了“宽带通信与参考文献新型网络”国家重点研发计划重点2019年度专项，其中有6[1]李子姝,谢人超,孙礼,等.移动边缘计算综述[J].电信 个方向与未来的6G通信技术相关，包括与5G/6G移动通信科学,2018,34(1):87-101.天地一体融合体系技术研究、超大容量广域信息网络应用的[2]聂衡,赵慧玲,毛聪杰.5G核心网关键技术研究[J].移天地协同新体制移动通信技术、非对称毫米波/亚毫米波大动通信,2019,43(1):7-12,20.规模MIMO阵列芯片与系统集成技术、基于开源生态的无线[3]董江波,刘玮,任冶冰,等.5G网络技术特点分析及无通信网络协作技术、主被动式通信互惠传输与多系统智能协线网络规划思考[J].电信工程技术与标准化,2017,30(1):38-41.— １７０ —