【《5G网络技术及未来发展趋势分析》8600字（论文）】

G网络技术及未来发展趋势研究摘要互联网是近几年发展势头最迅猛的行业，全国对于数据流量的需求以及对于通信宽带的要求不断在提高，第五代移动通讯技术就是在此背景下应运而生的新网络架构，可以解决当下数据宽带不足以满足需求的现状。本文主要研究了5G网络的基础架构与进化过程，描述了一些5G通常采用的技术技能，包括移动边缘计算技术，自动回程技术等，并分析移动通信的未来发展趋势。关键词：5G；通信；技术目录TOC\o"1-3"\h\u13560摘要 I23951绪论 -1-51851.1研究背景及意义 -1-30111.2研究现状 -1-743725G网络架构 -3-1112.15G相关技术标准 -3-216242.25GNR架构演进 -3-2099335G网络关键技术研究 -4-204643.1自回程技术 -4-21013.2移动边缘计算技术 -5-184593.2.1MEC在5G中的应用场景 -5-44693.2.2MEC部署实现 -6-42793.3单信道全双工技术 -7-239873.3.1FD系统性能指标 -7-164903.3.2自干扰消除技术 -7-3211645G网络技术的发展趋势 -9-41494.1统一技术标准 -9-199674.2构建体系架构 -9-305714.3智能交互 -9-174004.4生活云端化 -10-28753结论 -11-12282参考文献 -12-1绪论1.1研究背景及意义5G技术在2020年正式上市，当前，标准化工作正在如火如荼地进行，5G网络旨在为用户提供较高速率Gbps，最快的速率时可超过4G的10倍，端到端延迟与以往比较，可减少至0.1秒钟，更快用户体验。今后对5G的需求量还将不断增加，智能家居和物联网，AI技术也会和5G紧密联系在一起，为重点研究领域。在信息网络时代蓬勃发展的今天，人们对于移动通信网络的需求也在逐步提高。以适应广大市民的现实需要，基于原有移动通信网络技术，并对本课题组5G移动通信网络进行了进一步的研究。相对4G移动通信网络而言，5G在移动通信网络中传播速度得到了极大提高。同时通过增加频谱利用率，能够进一步提高信息资源利用率，信息空间通信优势愈加突出。在此背景下，5G移动通信网络技术得到了有效运用，能够进一步提升信息的发布速度，符合现代人在线需求，并且进一步增加信号覆盖率，保证稳定性。移动信号等。5G移动通信是新时期网络通信中的一个研究目标，依托4G移动网络，在无线信号覆盖方面持续努力，致力稳定信号传输，以及与智能技术相结合使用等，有可变性和更智能的未来趋势。在信息网络时代蓬勃发展的今天，人们对于移动通信网络的需求也在逐步提高。现代人需要通信网络，一定要确保移动信号稳定，信息传输快。为此5G移动通信网络搜索速度不断提高。以新型传输技术与网络技术为依托，进一步建立更符合实际情况的移动网络，为了更好地推动移动通信，让它更智能，并且开启了一个更实际的移动通信时代。1.2研究现状我国正处于5G技术的累积过程、在商用推广，基础设施建设等领域处于全球领先地位。2019年国内4大运营商中联通，移动和电信、广电取得了5G牌照，我国已经开始了5G时代。作为确保5G网络覆盖中非常关键的一步，5G基站的建设备受关注。加快推进5G新基建，是当前我国的首要目标。截至三月底，中国已建成5G基站81.9万个，占全球百分之七十以上，5G终端连接数2.8亿，占全球超过80%，世界五大5G的主流装备制造商，中国就占据了两家，市场份额占到了一半。修建大量5G基站，确保5G网络覆盖，但是，这也带来了通信运营商用电成本倍增。一边是5G基站建设也会远远超过4G基站，目前，单个5G基站满载功耗是4G基站功耗的三倍。所以通信运营商有必要找到一种有效的方法来减少用电成本。目前采用的主要办法是：不损害通信服务，通过对一些装置和功能的动态闭合，或对装置的功耗进行动态调节，实现节能的目的。尽管以上想法已收到一定的成效，但5G基站的用电成本还是明显比4G基站高。基站成本居高不下，或者是5G通信下一步发展的瓶颈问题之一。5G基站介入共建共享，是一种降低成本的可能方式。国内外一些公司已在进行控制通信基站和电网之间相互作用的试验。日本第一大通信运营商NTTDOCOMO公司对“绿色基站”进行技术验证；南非MTN公司采用华为PowerStar技术，实现了对基站能量的动态管理；南方电网推出“通信基站闲散储能等”示范工程。但是，目前各类工程还主要停留在示范与技术验证上，目前还没有进行大规模的商业应用。究其原因有以下几个方面：上一代基站的体量更小，并且用电负荷比较稳定，进行需求响应的潜力不充分；二是一些关键技术还不够成熟；三是缺乏高效的经营与商业机制，盈利模式不够明确。另外，多数工程在对基站储能电池进行调度的过程中，电池也许不能同时考虑UPS的供能，很难在供电可靠性与参与需求响应经济性之间进行协调。5G基站介入需求响应，本发明能够实现电力系统和通信系统之间的高效交互，促成合作共赢。现国内对电力铁塔搭载5G型通信基站进行研究，多集中于共建细节，例如，安装通信设备等，对电塔大小进行了分析，周围环境对通信机房放置场所的影响等。这其中，铁塔公司与云南供电公司、南方电网公司先后开始合作，一起讨论电网企业加入5G共建共享的方案，携带通信基站至电力铁塔；目前，国外还出现了共享铁塔获得成功的计划，但其计划相对有限，大范围使用时没有普遍适用性。

25G网络架构欧盟METIS项目团队对5G进行蓝图展望时，认为2020年5G可开始进入市场商业化，由个人信息的利用逐步向其他产业的利用发展，在5G的发展中，最重要的目标就是提高移动宽带的质量（eMBB），高可靠性与低延迟通信（uRLLC）及大型机器通信（mMTC）发展种类。2.15G相关技术标准在这样一个互联网占了我们人生很大一部分的社会大环境中，对数据的传输速度以及对网络提出了更高，更来更苛刻的要求，5G应该占有市场的一席之地，解决数据传输问题与网络问题为基本技术要求，由于物理层技术得到了提高，移动通信系统容量增加了近五倍，而且更加完善是因为小区划分也就是这样，最近细胞致密化增加1600倍。小区间可重用的次数不断减少，从而造成频率相对增加，真个系统比以前速度更快，容量更大了很多，但是在网络间致密性提高以后，也出现了一些问题，彼此间的干扰频率比以前有所增加，致使总功率亦随之上升，这一次增加了运行成本。以减少运行成本，解决上述问题，5G使用时应采用分层网络模块，在此结构中，各微基站承担的容量小，还有余力可以支持某些大范围宽带应用。理论虽通透，在实际操作过程中也会有各种挑战，微基站容量大，容量低，使用需求大于微基站容量时，微基站也需替换，这一次影响了使用速度，此外还大量设置了各微基站，相互之间密度太大，还可能造成相互干扰等结果。2.25GNR架构演进在5G的发展过程中，NR架构的发展可以分为独立网络（SA）和非独立网络（NSA）两个阶段，图2.1所示是对这两个网络标准进行对比。其中非独立网络在5GeMBB场景中的应用较多。其优点是可依托原始4G网络结构，利用原有设施，在5G上连接网络，可以加强传输，这种运作也有不足之处，要求适应性复杂，与标准4G核心网络接口互操作性强，所以，适用于5G部署初期，一些运营商对于5G的初步需求。图2.15GNSA和SA标准对比2017年12月18日，5GNSA标准的正式版本在第78届3GPPRAN全会上发布。表2.1显示了2017年12月至2018年9月间的情况，继续推出5G标准，5G主要研发部分应遵循标准不断学习和进步，运营商如何进行NSA与SA两种准则的筛选，主要是受到一下因素的引导：1）LTE可以对网络进行实时实施，其优点是实现速度快、经济实用、对NSA要求较SA低、同时又追求初期投资。2）要求网络质量高。假如把5G作为未来互联网主要媒介的话，那么就只可以考虑使用SA标准来建设网络。3）5G频谱的分配。若使用较高频率分配，则覆盖成本将提高，这个时候NSA也许更合适，建设网络逐步提升。35G网络关键技术研究3.1自回程技术目前，超密集异构网络已成为5G技术的一个关键部分，其通信吞吐量很大，多采用巨大微型蜂窝排列方式进行频带重复利用。图2.5显示超密集异构网络基础架构的表现形式。在常规宏小区的基础上，部署密集分布的微小区，以服务于广大属它的用户。另外还以链接方式实现了与宏基站的通信，再借宏基站进入中央网络。这类网络体系结构普遍应用于用户相对集中的场所。由于微蜂窝部署密集，频率资源在微蜂窝间重用，全系统吞吐量有较大提高。微蜂窝通常设置于那些造价低廉，功率较小的基站中，是因为它们的用户密度和负载都较其他地方要高，还更加贴近最终用户的需求。这种办法增加区域吞吐量，并可有效减轻宏基站负载压力。但随着微蜂窝排列方式的扩展，链路问题就显得非常重要。在常规解决方式基础上，二者间通讯线路材料为光纤材料，而这几条线又需重点安排，因此，微蜂窝的出现必然会带来光纤的密集敷设，使成本支出庞大。从以上可以看出通信网络在布局时必须符合无线中继链路需求，为了缓解过去对电缆传输之网的附庸，由此便可以方便实现该形式的网络体系在5G的NR小区间切实可行的布置。5GNR小区内带宽大于LTE，尤其在毫米波段研究与开发应用中表现得更为突出。再加上MIMO和多波束系统布局量大，综合无线接入方案应运而生。这个计划又被称为自返回，使原本分布较密集的5G型NR小区布局得以进一步集中，布局方式也更灵活多样。在无线及链路接入链路集网络时域内，在频域及空间域内，将存在5G个中继节点，它能够完美地支持多条无线及回程链路。自动回程模型中接入与回程两链路对频带的选取与采用并无特殊要求，是不是一样都可以。频带相同时为In-Band（后文简称IB）模式，频带不同时为Out-Band（后文简称OB）模式。其中OB对接入与回程链路之间的频段或者时间间隙进行指定，也就是频带需要相互正交，或者时间间隙如果相同。在此背景下，能很好的避免两个链路之间的干扰。但是，因为大多数资源是由回程链路占用，则极大地降低了频带使用率。IB内接入与回程链路二者频段共享，其中，所述微基站为FD基站，并可对链路接入与连接配置相同时频资源块。这就大大提高了频带的利用效果，但造成相同通道内的干扰。同一条信道上的扰动包括两个方面，一方面，源于FD发射和接收天线之间存在干扰。去除之后会有部分剩余干扰。另一类为接入链路和邻近小区间链路同频干扰。具体干扰生成见图2.6。最近几年，针对自动干扰的消除技术得到了快速改进，基于FD的自动回传技术具有非常广阔的前景。毫米波通信在5G开发领域中占有重要地位，它的开发有利于遏制频带资源匮乏的局面，同时，它应用于自检链接非常有优势。尽管毫米波最大带宽达到了273.5GHz，但通常取28GHz左右频段尤为合适。将天线直接安排到硬件中的方式，可以大大削弱天线和射频电路二者损耗率。结合自动链接与毫米波通信2项关键技术的应用，通过将毫米波通信技术与自动链接技术相结合，不仅缓解了频带资源的压力，它的布署也似乎更便捷，更灵活，从而对电缆传输网络依赖程度也极大的减小。3.2移动边缘计算技术3.2.1MEC在5G中的应用场景CEM这一概念首先出现在欧洲电信标准之中，它的基本构造如图2.3。以适应扩展终端对计算机要求的问题，CEM通过降低外围网络节点来降低IT需求，在此过程中，传统云计算能力的缺失也得到了解决。以下就MEC和5G之间的发展关系作了不同侧面的分析，包括MEC所涉关键技术等内容，比如，用户与服务感知，跨层优化等。首先是企业与用户意见。传统的移动通信网络都是“蠢笨的渠道”。定价与业务模型都比较简单，对业务与用户感知与控制能力不足。针对这一问题，内容知识在5G通信网络智能化趋势中具有重要的地位和作用。受益于内容理解，网络数据流量分析等，能够提高数据的粘附性。MEC求解过程中，很重视企业与用户之间的认知。设计中发现，若使外围设备计算能力下降，能够迅速确定用户信息及所用数据流量。有利于获取商业数据，分析商业信息。基于所述用户信息，为其提供差细化系统服务，提升了用户服务体验。现阶段，一些运营商在其研究中一直试图将深度数据包分析技术（DeepPacketInspection,DPI）和其他技术相结合，相比较而言，MEC使用无线端数据效果更用户化，更满足用户资源要求，用户感受更佳，不过MEC也存在一些问题，MEC服务器计算能力比不上与IT资源及核心网络设备设备，制约数据运行分析。与之相适应，MEC内容感知技术目前研究仍有十分广阔的发展空间。5G智能化发展还可以激发通讯系统管网敷设能力。3.2.2MEC部署实现以现行4GEPC为基础，构建了网络架构，以达到一台MEC服务器服务于多个基站的目的，MEC服务器应安排在以下地点：也就是4GeNodeB基站和若干基站集合在一个节点背后，和服务网关（简称SCW）的正面。MEC形式多样，可为一个个体元素，也可集成到聚集节点或基站，作为其组成部分。LTE网络以S1接口为作用阵地。它分析用户请求的SPI/DPI消息，以获得特定服务数据的数据包，以及决定是否须向MEC服务器发送用于本地分发的服务数据。在没有必要的情况下向SGW透明传送数据，再传送给核心网络。在具体装备的调配与执行过程中，需要注意如下几个方面：一是虚拟化视角，MEC最大限度地依赖那些具有普适意义的平台。以便在升级网络等级时能根据软件优化升级，更顺利地实现，应尽可能减少对基本网络结构变化。二是进行网络安置工作中，应针对具体业务，对于不同情景，布属也不相同。对时延要求不高，数据量大的操作，优选地，MEC服务器是作为本地IT卸载而部署的，为了保证低延迟的需求，提升用户体验，并且在某种程度上缓解了核心网络所面临的压力。三是针对新建LTE基站而言，若存在卸载服务的具体要求，然后基站与MEC服务器同步部署，能够提供入站，并对单个窗口进行统一管理。针对目前LTE基站，当MEC服务器被放置，通常采用截断处于中心网络与基站二者之间S1接口。3.3单信道全双工技术3.3.1FD系统性能指标怎么利用频带内有限的资源，以达到对频带的高度利用，始终是移动通信发展既非的核心。针对这一问题，一些技术解决方案不断地涌现和使用，如OFDM技术等，QAM调制技术和MIMO技术。在诸多的技术解决方案当中，FD技术已引起大学环境的高度重视。FD技术中心思想可表述如下：现代通信系统大多包含既是信号发送器又是信号接收器的终端设备（如基站、中继站以及移动终端）。在过去的体系中，在带外高清或者全双工的模式下，这些终端工作在，由此可见，信号在传递与接收过程中频带与时间间隙存在差异。而若二者同，那么，频带整体利用可使通信系统频率提高一倍。这种技术被叫做FD技术。FD技术有可能显着地改善带宽利用率，因此，它是当前通信领域中最具开发潜能的一项技术。FD与HD之间频带利用率，拥塞，中断概率等九项技术指标已纳入表2.2。已有研究指出，FD受干扰信号等多种因素影响较大。从理论层面上看，在信道容量方面，FD比HD高出近一倍，但是从实际运用的层面上来看，受干扰影响，FD容量达不到如此大值。甚至在自身消除干扰的效果不佳时，FD的性能反而低于HD，而在FD上硬件就比较复杂了，还要从各方面考察。尽管对FD有很大影响，但是它本身对这种信号干扰有一定处理能力。所以只要所受干扰信号在它能处理范围内就可以，则FD系统容量可明显大于HD系统。对于FD中继系统而言，在采用放大中继（AF）的情况下，任意SNR环境下，FD模式下系统容量大于HD模式，但是需满足信号强度小于背景噪音的条件。在源头和中继两个节点之间，信号和噪声所占比重大，中继节点处信号与干扰之比，会受到干扰信号强弱所着重影响。3.3.2自干扰消除技术怎么消除干扰是FD模式中需要着重考虑的。自干扰信号位于双向末端至末端之间、在中继，蜂窝系统这类拓扑结构下，FD模式性能均受到了负面影响。如果对FD系统自干扰强度进行限制，那么，它的残留功率将低于背景噪声约3分贝，那么，它所留下的信号就不会给系统功能带来不利。在目前研究基础上，干扰消除技术可分为主动与被动两大类。下篇依次叙述了两种干扰的消除原则。主动型是指有源干扰消除技术原理而言：有源干扰消除技术主要由模拟域与数字域两部分应用组成。应用于模拟域时，其主要功能就是去除基带和其他存在自干扰信号。而数字域应用则主要表现为对经ADC后信号进行剔除，所借助于的技术手段为DSP数字信号处理技术，本申请对自干扰信道提出了更高的规范要求。一种模拟领域中结合射频干扰排除的方法，能够帮助衰落信号提高性能，当ADC尚未抵达，则可排除自动干扰信号的干扰，因而基带内噪声很小。模拟自动干扰排除是依据FD系统实际使用中所设置天线数量来确定，可分为单向输入单向输出（简称为SISO）与前面提到的MIMO。SISO与MIMO中采用了一些时域上经典而又高效的算法，对模拟域自动干扰消除亦可起到一定效果。除时域与模拟域之外，在数字域中，自然有它自干扰清除算法，它们是以最小军事误差（简称MMSE）及其滤波器为基础的、及零强迫，空间投影等以排除干扰。此外，以往研究也提出，干扰消除方案对模拟域与数字域实际效果存在“折中”效应，即在二者联合应用的情况下，可改善性能。一方消除干扰行为会使对方业绩下降。被动式自动干扰排除技术原理：被动式自动干扰消除系统在干扰信号预备进入接收环路之前，首先对信号进行衰减。被动式消除之后，进入ADC后，信号强度大幅度降低，进一步使接收信号有关振荡幅度衰减。利用发射和接收器二者的路径损耗去除干扰信号，是目前被动式去除方式中最为简便和直接的方式之一。路径损耗具体数量由电线所处位置和发射处到接收处两根天线之间距离的长度决定。大量的研究表明，全向与定向两种天线可减弱自干扰信号强度在65dB与72dB左右。被动式自动干扰消除，也可以叫做无源自动干扰消除，它较经典的有（1）循环隔离法，（2）天线去耦法与（3）极化去耦法。方法（1）在FD模式中，分别由天线发射与接收信号起隔离作用。方法（2）与（3）主要是削弱FD模式中各个天线之间的耦合作用，从而达到无源抑制自干扰。45G网络技术的发展趋势4.1统一技术标准5G网络技术，成就物与物的关系，人际间，人际间互联，直接通讯。今后，5G网络技术将以制定统一技术标准为发展方向，也是一个重要趋势。通过全球统一技术建设，本实用新型能够减少终端设备费用，以及国际间的漫游等。今后发展中，5G网络技术的应用，会进一步强化通信效果，建立专业标准。所以有必要采用5G网络技术，以加快技术标准统一步伐，并且进一步减少了终端建设以及全球漫游等费用。如今中国已建立国际5G标准，并积极推行5G技术标准及技术评估工作。另外，电子和电气工程师还应进一步开发网络技术和制订适当的标准，认为在实际应用中有一定的帮助。所以5G网络技术能够进一步提升数据的传输速度以及效果，并且得到较大数据流量。4.2构建体系架构在今后的使用中，5G网络技术会有一个不断更新的网络机制结构，才能达到真正提高工作效率的目的。用户在短期内就能得到大量的资料。5G网络技术在重新界定丰富业务场景，并提出了全新业务指标。5G系统在增加峰值速率的同时，采用替代技术，还要建设一个崭新的网络架构，为了显着地改善移动通信系统。在这一点上，4G网络仍然面临着单台控制和集中切换的限制。5G网络技术的特点是速度快，多连接等特征，易导致网络过载，拥塞等危害。在系统结构设计中，5G网络技术通过功能平面系统的应用，可实现高效的重新组合，将它从传统的网络功能中分离出来，又分为3个不同功能平面，包括数据平面及控制计划等。以及大修飞机。机上5G网络技术计划间去耦会更彻底，聚合程度就会比较高。其中控制平面承担了服务编排逻辑，网络管理指令与生成信令控制等。数据计划与访问计划主要作用在于实现服务流发送与控制命令执行。4.3智能交互不管是人工智能交互，还是无人驾驶汽车数据交换，5G网络技术均须以高效，吞吐量大为前提，才能得到有效运用。在5G网络技术的大环境下，由于仅1毫秒的延迟时间，需要超高速网络速度、精确时间，远程医疗、无人驾驶汽车将得到进一步推广应用。功能强大的5G网络技术，必须为智慧城市提供支撑，虚拟现实游戏与实时VR广播的应用等等，为了改变未来的生活。除计算机及手机外，监控摄像头，便携式设备和车辆等均能由5G网络技术与网络连接。4.4生活云端化在5G网络技术的大环境下，能够更加充分利用云技术的优势，同时也能流畅、实时播放8K视频。在日常的娱乐、工作以及人们生活当中，都是“阴云密布”。另外，因为它具有超高的网络速度，云驱动器也会代替硬盘驱动器，为了更加高效的上传大文件到云端。得益于智能应用，智能终端得到了大范围推广，移动数据服务同样面临越来越高的要求，内容更加充实。以持续提升网络访问速度，5G网络技术会按需实现内容的智能化推送