科技创新 5G移动通信的网络构架分析与关键技术探讨 张小容 （中通服建设有限公司，广东 广州 550014） 摘要：随着5G移动通信技术的不断成熟，在移动通信网络中具有广泛的应用，利用5G通信网络可以弥补4G通信网络的缺陷，同时还能提高网络通信的效率，通过对5G移动通信网络架构进行分析，详细地探讨了5G移动通信网络的关键技术。 关键词：5G；移动通信；网络架构；关键技术 5G技术作为新一代的移动通信系统，具有良好的通信速率与通讯效果，还具备超高能效与频谱利用，采用多种新型技术，灵活性较好，在未来的移动通信中，能够适应多种环境的应用，而且5G技术还采用新型多址接入技术、大规模MIMO技术，与4G通信网络相比，5G具有更好的优势，能够给用户提供良好的体验，在未来通信发展中具有广大的应用前景。 1 5G移动通信网络构架分析 5G移动通信的网络是在4G通信网络的基础上进行优化改良而设计的网络架构，5G移动通信网络不仅有高速的网速，还有助于将物联网与互联网综合在一起，为物联网的发展奠定了强有力的技术支持，5G网络的系统架构如图1所示。 图1 5G网络系统架构 1.1 网络部署场景 5G网络的部署场景与4G网络的场景布置差别不大，它可以分为室内与室外两个部分，室外部署一般都集中在人口比较大的场所，例如部署在商业区、住宅区等场所，由于人口密度大，容易出现网络覆盖不足、数据传输中断的情况，利用5G网络可以有效的解决这些问题，针对室外5G网络场景的部署，采用分布式天线与大规模MIMO技术来配置5G通信基站与微基站，结合天线的分布情况，在室外场景区域内分散布置与基站连接的天线元件，使得5G网络覆盖了整个室外场景。而在室内网络覆盖，主要是通过室外天线阵列与AP连接进行通信，实现了短距离的5G通信技术。 1.2 核心网的设计 5G通信网络的核心网的设计是保证网络通信稳定的关键技术，5G核心网主要是用SDN和网络功能虚拟化技术驱动，能根据网络通信的需求自动控制通信数据的转发与分离、还能实现通信的物理硬件与逻辑分析，并在通信的过程中，能够支持动态数据的传输。例如，在物理硬件与逻辑分离技术处理中，主要是采用IT虚拟化技术将5G网络中的核心设备中的数据迁移到高性能的服务器中，并将核心网的网元的数据处理功能迁移到通用的虚拟化平台中，实现5G网络通信中的物理硬件与逻辑控制功能的分离，不仅能简化5G网络的硬件平台设计，提高了5G移动通信网络的灵活性，降低5G网络的组网成本。 1.3 接入网技术 根据5G移动通信网络的架构，其接入网主要包括如下几类：第一类是采用4G网络的接入技术为基础，利用多网多制式的融合技术，实现5G网络通信，第二类是采用网络基站，对通信网络分配虚拟资源，完成网络通信的要求；第三类是采用信息边缘缓存与传递技术，对接入网络进行控制。在将多种接入技术融合在一起时，可以将单一的5G无线控制接入到网络中，从而能拓宽网络边缘信息的缓存与传递的空间。5G无线网络服务商可以根据用户的需求，为用户选择合适网络服务项目，给予用户以最佳的网络服务体验。在5G网络中，通过接入网传输数据，不仅优化网络数据传输的效率，能大幅度的提升5G通信网络的数据传输速率。 2 5G移动通信网络的关键性技术 2.1 大规模MIMO技术 MIMO (Multiple Input Multiple Output多入多出技术)系统主要是在通信网络的接收端与输出端设置天线，形成MIMO通信数据链，在不增加网络带宽与增加额外损耗的前提下，可以大幅度的提升5G通信网络系统的数据吞吐量，实现数据的远距离传输，采用大规模的MIMO技术优势是网络通信不受基站天线数量的限制，可以根据需要进行扩容，由于4G移动网络采用的是定向天线技术，可供扩大空间有限，而且要求天线与通信设备的数量以及参数必须匹配，这样就一定程度上限制4G移动通信网络的覆盖效果。因此，采用5G移动通信技术可以大幅度的提高网络传输的效率，也有利于扩大网络通信信号的覆盖范围。 2.2 超密集网络技术 采用该技术主要是由于移动通信网络带来的数据业务不断增加，需要有效解决大容量数据通信的方案，同时也是为了应对5G通信网络向智能化、多元化的发展方向融合，在不同的场景中，移动通信终端与电子通信设备的普及，数据流量也会呈现出千倍级别的递增，采用超密集网络技术可以协调统一不同网络的部署方式，在提高网络通信效率的同时，还能优化网络覆盖区域的信号，从而能报告网络通信的稳定性能。 2.3 D2D通信技术 D2D(Device-to-Device,D2D)技术是一种短距离通信的技术，可以直接实现两个终端之间的数据传输，可以保证网络通信的实时性与可靠性，利用该技术可以弥补蜂窝系统在近距离通信中的缺陷，提高网络通信的覆盖效率，增加网络通信的信息数据容量与网络通信功耗损耗的情况，它不仅能解决蜂窝网络通信的缺陷，还能提高网络通信的满意度与舒适度，提高用户的通信效率。 2.4 毫米波技术 通过毫米波技术可以合理对网络通信波段进行划分，以达到拓宽5G通信网络的覆盖率，推动5G通信网络的发展。利用毫米波可以在不增加网络通信能耗的基础上，提供相同带宽的频率，来减少不同基站之间的信号干扰，提高5G通信网络的速率，但是毫米波容易受到外界电磁波的干扰，降低网络通信的效率与精准度。 2.5 同时同频全双工技术 采用该技术的目标是提升高频谱网络通信的技术，提升网络通信链路的频谱效率，采用该技术后，可以成倍的提升网络通信的频谱，但是在具体通信的过程中，还是容易受到异频干扰、数据干扰、数据吞吐量能相关因素的影响，将该种技术融入到5G通信网络中还存在一定的难度。 2.6 移动云计算技术 采用云计算技术的目标是拓宽5G移动通信网络的应用场景，可以将5G技术与用户的日常生活联系在一，提升用户的体验效果。采用移动云计算技术还能提高用户存储数据的效率，使得用户能够处在一个更为安全的移动通信网络场景中，云技术还能支持多个用户设备同时访问系统，提高用户访问移动通信的效率。 2.7 超宽带频谱 网络通信的频谱对5G移动通信网络来说具有十分重要的意义，5G移动通信网络的应用场景有限，采用超宽频带技术，可以有效的提高5G通信系统的带宽容量，还能使得5G移动通信网络免受外界信号的干扰，缩短用户数据传播的距离。 （下转第 19 页） 15 科技创新 （3）智能化：对运维信息（故障、预案、指引）的实时筛选匹配以及自动推送。并具备强大的后台管理功能，可以根据实际需求和系统现状在系统上完成设备报警状态的设置、推送人员的管理、设备预警的配置以及终端监控的设置等。 预案和处置方法，在系统自动框定故障现象的基础上，浓缩程序，故障应急更加简化。 （5）技术资料的定制和完备性：运维故障应急平台直接细化到每一个单体设备，为其定制详细的行车和维修指引以及设备图纸，一个设备，一张图，两个指引，由于数据库技术资料详尽，也便于相关技术指导人员进行后台指挥，提高故障处理的后台支持力度。 （6）传递方式的多样性：故障信息可以通过多种方式（邮件/GLINK/短信）进行推送，相关人员接收信息能力提高。 2.4 平台的应用和发展 （1）轨道交通信号专业人员架构的调整。城市轨道交通信号专业运维故障应急平台实现了从运维数据采集到存储，再到综合应用与信息发布的全过程管理，在一定程度上可替代、弱化监控工班的功能，并将各线路的分散监控转化成线网的集中监控，在保质量、保安全的同时促进轨道交通信号专业“减员、增效”的人力策略实施。 （2）城市轨道交通信号设备维修策略的调整。运维故障应急平台采集整合了设备状态监控系统的信息，可实时获取设备的状态信息，并通过在线设置预警值实现对设备状态的预报警。将信号设备的维修方式由传统的故障修真正转为状态修，维保方式更加科学合理，对于一旦发生故障就直接影响运营的信号专业而言其维保质量将会得到质的提升。 （3）城市轨道交通信号专业运维故障应急平台不仅适合于信号专业，对于所有对设备故障有时效性要求并需要在线处理的，以及监测系统独立存在、设备状态数据需要时刻关注的城市轨道交通其他专业而言，运维故障应急平台可以发挥同样的作用。 3 结语 城市轨道交通信号专业运维故障应急平台以科技手段代替传统的人工应急处置方式，实现对运维数据的专业、科学化管理，为信号系统的全面保障和预防性维修提供技术支持，具有信息传递时效性、完整性、多样性，故障处理高效、准确性等优势，必将成为今后城市轨道交通信号专业运维故障应急处理的趋势和标准。 参考文献： [1]杨艳娟,徐永能,任宇超. 城市轨道交通信号设备故障应急处理措施[J].微计算机信息,2018(12):94-95. [2]曾跃.针对城市轨道交通信号联锁设备故障诊断技术的分析[J].大科技,2017(16):182-183. [3]张爽,潘晓军,张强,等.城市轨道交通信号故障下列车应急运行控制研究[J].现代城市轨道交通,2020(06):92-96. （上接第 14 页） 4.2 软件调试 按接线图接好线后，将程序的指令用FX-GP编程软件输入到PLC系统中，编程器直接对PLC的用户程序储存器进行读写操作。采用脱机编程方式将所编制的用户程序存入编程器的ROM中后，经过多次调试。 4.3 性能分析 本设计是基于PLC的卸料小车控制系统，光电传感器能够迅速将采集到的信号传输给PLC中的C250双向计数器，C250进行加减计数存储，并以BCD码传输给七段译码显示器，显示器能够实时卸料小车的运行情况。PLC具有可靠性高、控制程序可变，具有良好的柔性、功能强，性能价格高等特点。该系统自动化程度高，可靠性高，用PLC可以使该设计的要求全能满足。 （上接第 15 页） 2.8 认知无线电技术 5G移动通信网络为了提高用户的体验效果，将认知无线电技术应用于5G移动通信网络中，并借助频谱对传输的信息数据进行检测，提升用户最终数据传输的准确率，从而能有效的保障网络信息数据传输的准确度。 3 结语 5G移动通信网络的关键技术比较多，还可以采用正交频分多址技术与NOMA技术来提高网络通信的智能化场景与多元化的场景需要，以满足不同用户的体验要求。在5G网络通信技术还可以采用绿色通信技术，优化5G移动通信技术传输效率，灵活的分配网络通信资源。因此，为了提高5G移动通信技术的效率，还需要不断完善的5 结语 在卸料小车定位的自动化无线控制系统的设计过程中，系统运用了相应的PLC技术，来实现对于卸料小车自动化的运行效果。并且完成了用户远程控制无线传感器节点，来对数据进行采集，并且将其进一步传输到数据库的功能。这些功能在具体使用的过程当中，有利于卸料小车的远程数据采集。在对于历史数据进行比较的过程当中，不会受到时空的限制。此今后可以通过不断的技术完善，来使整个系统得到更大的优化。 参考文献： [1]吴芹兰.PLC在选矿机控制系统中的应用[J].流体传动与控制,2019 (2). [2]郑呈艳.矿山提升控制系统数字化改造初探[J].科教文汇,2019(3). [3]毛跃辉.基于PLC控制的小车自动化送料系统[J].PLC&FA,2018(7). 相关的技术，才能满足用户的需求，才能促进5G通信在未来通信中的应用。 参考文献： [1]吕翔.浅谈SG移动通信的网络构架与关键技术[J],科技经济导刊, 2019(3):25-26. [2]胡涵蕴.5G移动通信网络构架与关键技术要点分析[J].中国新通信, 2019(6):82-83. [3]林利军.5G移动通信网络架构与关键技术要点探讨[J].网络安全技术与应用,2019(11):84-86. [4]陈亮.关于SG移动通信网络关键技术探讨[J].通讯世界,2020(4):36. [5]马伟.5G移动通信网络关键技术分析[J],信息技术与信息化,2020 (5):147-148. 图5 运维故障应急平台的智能化管理 2.3 基于平台的设备故障应急处理流程 因为信号专业运维故障应急平台的强大功能，基于该平台的故障应急处理流程也变得简单有效。具体的应急处理流程如图6所示。 图6 基于故障应急平台的信号系统故障应急处理流程 当信号系统发生故障时，故障应急平台实时采集到设备报警信息，并对数据库进行对比，准确锁定故障点，将故障信息连同行车组织指引和维修指引分别推送至行车调度和维保人员，行车调度根据应急指引组织行车，设备维保人员基于维修指引开展设备抢修。 与传统的信号专业设备故障应急处理流程相比，基于故障应急平台的设备故障应急处理流程有以下6个优势。 （1）信息的时效性：信息传达均为系统自动处理，实时推送，不存在信息传送延迟的问题。 （2）信息的完整性：故障的信息数据直接全部自动推送至相关人员，不存在信息丢失的问题。 （3）故障处理的准确性：故障维修指引为系统通过数据库匹配处理得出，相关指引已细化至单体设备，避免了因员工技能薄弱导致故障处理不力，故障影响扩大。 （4）故障应急的简化高效：针对故障的行车组织指引和维修指引通过系统同步推送，不需要过多的沟通，不需要人工编制具体的 19