5G网络绿色通信技术现状研究及展望

5G网络绿色通信技术现状研究及展望

宋 颖

广东省电信规划设计院有限公司，广东 广州 510630

摘要：随着移动通信网络的不断发展，通信质量也不断提升，5G时代联网设备数目逐渐增多，能耗也越来越大。在5G通信网络发展时代，必须积极研究如何控制通信系统的能耗。因此，对5G通信网络的特点进行了分析，并且对5G通信网络绿色发展技术进行了分析，旨在为5G通信网络研究技术的发展提供理论支持。 关键词：5G通信；绿色网络；云计算；能量效率 中图分类号：TN929.5 文献标识码：A

Current Research and Prospect of 5G Network Green

Communication Technology

Song Ying

Guangdong Planning and Designing Institute of Telecommunications Co., Ltd., Guangdong Guangzhou 510630

Abstract: With the continuous development of the mobile communication network, the communication quality has been continuously improved. The number of connected devices in the era of 5G has gradually increased, and the energy consumption is increasing. In the development of 5G communication network, it is necessary to actively study how to control the energy consumption of communication system. The paper analyzes the characteristics of 5G communication network and analyzes the green development technology of 5G communication network, aiming at providing theoretical support for the development of 5G communication network research technology. Keywords: 5G communication; green networks; cloud computing; energy efficiency

能量损耗问题也越来越严重，占全球能耗总量的10%左右，如此巨大的能耗成为通信行业发展的一个重要阻碍。在节能型社会发展过程中，必须加强对能耗的控制，以低能耗、低成本作为出发点和落脚点，不断改善信息与通信技术的研发方向，减少其能耗。对于5G通信技术而言，其能耗主要体现在各种通信业务的负载上。随着用户数量不断增多，通信能耗也将呈现几何式增长。为了给人们带来更加良好的通信体验，各大运营商的基站数量不断增加，比如2010年电信的基站数量为30万个，到2015年增加为40万个，移动的基站数量从2010年的55万个增加到2015年的120万个[1]。由此可见，用户数量增加，必然也会导致通信移动运营商的运营成本增加，基站数量以及基站在日常运行过程中产生的能耗巨大。对于即将到来的5G通信时代，通信业务量还会进一步增长，几乎呈爆炸式增长，通信设备的能耗问题会更严重。相关资料显示，信息和通信行业将成为未来全球第五大能耗产业。5G通信技术的发展和应用是信息通信行业发展的必然趋势。因此，在未来的发展过程中，如何研究控制5G通

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引言

移动通信网络是人们生活中常用的通信交流载体。从当前的网络技术来看，4G是使用最多的技术。在4G的基础上，通信行业又开始加强5G通信技术的研究。简单来讲，5G通信技术可以实现网络、终端、无线和各种业务的进一步融合。与4G相比，其性能有很大程度的提升。5G通信可以使人在感知方面获取更强的控制能力，而且5G通信的服务对象将从公众用户向行业用户拓展，网络也将变得更加智能化，其覆盖范围也将更加广泛。从当前的研究情况来看，2012年开始正式研究5G通信技术，当前已经取得了一定成就。各个国家已经在5G通信的概念以及关键技术上达成统一的认识。这为5G通信技术的研究奠定了良好的基础。与当前普遍通用的4G技术相比较而言，5G通信技术的优势十分明显，比如传输速率更快、联网的设备数目增加、可靠性大幅度提升等。

1 5G时代的能量损耗

5G通信技术快速发展的同时，信息与通信行业的

移动通信│MOBILE COMMUNICATION

信技术的能耗，实现5G通信网络绿色发展，是一个亟待解决的问题。

2 5G网络绿色通信的关键技术研究状况

加强5G网络绿色通信技术的研究是未来通信行业研究的重点内容。当前确定的基本方向是从网络架构、网络部署、资源充分调度、链路级技术等方面着手，减少5G通信网络的能耗。

2.1 网络架构

在5G通信网络技术中，主要采用扁平化IP网络，网络的层次结构比较简单，而且可以在不同的层次之间实现分布式架构，使各种无线资源被更高效地管理起来，使得用户可以在核心网络之间无缝切换。扁平化IP形式的网络架构可以减少传统网络架构中的一些比较冗余的网络结构，使数据通道中的网元数量和传输过程中的能量损耗不断减少，从而缩减整个网络的运营成本和建设网络的成本。同时，5G通信网络还会接触云计算建设。5G网络架构中包括操作十分灵活的接入云、开放智能的控制云、高效低成本的转发云等部分，通过云计算技术可以充分利用各种资源，进行划分和管理，并且通过云端的无线接入以及节点的虚化过程，利用软件定义网络传输尽量降低网络运营成本。软件定义网络还可以将路由器中的路由决策功能从设备中分离出来，由中心控制器对其进行统一控制，从而实现控制过程和转发过程的相互分离，使控制过程变得更灵活、更简便。

2.2 网络部署

在5G通信网络中采用基站分层部署的策略，可以提高通信效率，降低能耗。具体来讲，通过对网络进行重新部署分配，可以设置家庭基站、微微蜂窝基站、微蜂窝、中继等多种节点。这些节点的功率较低，但是系统的容量较高。当前常用的宏基站主要是为了扩大通信信号的覆盖范围，但是微蜂窝以及微微蜂窝与宏基站正好相反，可以用于通信频率较高的密集场所，与宏基站相互配合，在宏基站覆盖范围之内，采用各种功率较低的节点，提高人们的通信质量，而且通过这些微小的节点可以将通信站点之间的距离缩小到10 m甚至是更小的范围之内，形成超级密集的异构网络，提高人们的通信质量。研究发现，分层基站部署方式可以大大降低通信网络的能量损耗。一个宏基站大约需要5 kW的功率，但是一个微微蜂窝基站大约只需要10 W的功率。即使安装多个微蜂窝或者微微蜂窝，其总能耗也达不到一个宏基站的能耗，对于人流量比较大的区域十分适用[2]

。

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2.3 资源调度

通信网络建设过程中，初期一般会按照网络流量的高峰期来进行资源需求设计和分配，但是在实际应用过程中会发现，网络流量是随时变化的，不同的地区有不同的变化规律，呈现出来的流量高峰期也是随时不定的。人们通常认为网络流量一般会出现“昼高夜低”的现象，但是在工作区和住宅区其实是正好相反的，网络流量和基站的冗余量相关。当网络流量降低的时候，基站的容量冗余严重，造成的能量损耗也比较严重。所以，如何实现对网络资源的有效控制，是5G通信网络技术研究中的重点。当基站的负载较低的时候，可以通过信令控制发出指令，让一部分基站开始进入休眠状态，同时相邻基站承担休眠基站之前所覆盖的区域的业务传输和容量补偿。这种相互配合、相互合作的方式可以让一部分基站“休息”，而剩余的基站也可以完成相应的工作，实现了网络流量的合并过程。

2.4 链路级技术

5G通信网络还可以采用先进的链路技术对能耗进行控制，主要有以下几种。

第一，高阶MIMO技术。这种技术是通过在基站端放置大规模天线阵列，使得用户之间的矢量信息趋于正交，从而消除用户之间的干扰，实现信息有效传输。高阶MIMO对于基站的能耗以及成本的控制有十分重要的作用。随着基站天线的数量不断增加，基站可以对放大器进行更换，尽量选择一些能耗较低的放大器，达到信号放大的目的，同时降低能耗。

第二，设备到设备技术。5G通信网络技术中有一种新技术，即直接实现设备到设备之间的传输，不需要基站就可以实现通信。这种方法对传统的网络连接和通信方式进行扩展，使得信道的质量更高，资源的利用频率也不断提高，链路变得越来越灵活，网络也越来越可靠。

第三，非正交多址接入。这种技术是将同一个资源分配给不同用户的技术，可以提高资源的利用率，间接实现能耗的控制。

2.5 同时同频全双工技术

同时同频全双工技术在通信领域中受到的关注程度很高。从当前的发展趋势来看，这种技术得到了行业内的广泛关注和认可，利用这种技术可以实现在相同频谱上，同时接收信号和发射信号，从而大大提高通信的效率，减少能耗。与传统的TDD和FDD方式相比较而言，这种技术可以使频谱效率提高一倍以上，而且可以突破传统技术中的品牌资源的使用限制问题，使频谱资源的利用更灵活。但需要注意的是，全双工

MOBILE COMMUNICATION│移动通信

技术对抗干扰能力的要求较高，必须加强对抗干扰技术的研究。在多组天线以及组网的情况下，干扰较为严重，这种技术应用的难度也比较大。

模型，从而为研究网络流量的特征提供帮助，计算得出合理的网络流量预测模型[3]。

4 结语

综上所述，随着5G时代的来临，5G通信网络技术的研究也越来越深入。为了获得较高的传输效率，对5G通信网络技术的研究必须从多方面着手，在提高通信传输水平的同时还要注意通信过程中的能耗，提高绿色节能技术，结合节能减排的理念，促进5G通信网络技术实现快速发展。

参考文献

[1]游思晴，齐兆群. 5G网络绿色通信技术现状研究及展望[J]. 移动通信，2016，40（20）：31-35.

[2]王胡成，徐晖，程志密. 5G网络技术研究现状和发展趋势[J]. 电信科学，2015，31（9）：149-155. [3]甄仲强. 5G移动网络绿色通信关键技术探讨[J]. 建筑工程技术与设计，2016（28）：1638.

3 5G绿色通信网络技术的发展方向

从上文的分析可以看出，5G通信网络技术可以通过多种技术实现绿色通信，减少通信过程中的能耗。但是也必须要注意相关的问题，因为网络规划实施过程中一般都是按照网络流量的峰值来计算的，从而对通信基站进行部署，没有考虑到网络的“潮汐效应”，所以在实际应用过程中的难度较大，还很容易造成资源利用率较低、能耗较高的情况。因此在未来的研究和发展过程中，可以加强对大数据技术的应用，借助大数据技术来提高网络能量效率，对用户行为和业务特征进行研究，并且建立相应的大数据模型，对大数据模型进行分析。当前通信网络采集的业务数据主要集中在应用层面，未来需要对无线网络的大数据进行获取、分析，合理地布置采集数据的接点。通过对各种数据的采集和深度挖掘，研究用户的行为以及各种业务的特征，建立完整的时空

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的信号强度基础上增添一些偏量值，从而对多个节点进行修正操作，经过修正之后的接入机制也可以更迅速地完成任务的转移和均衡分配。

第三，使用数字干扰消除，从两个发射机接收信号，再从原始冲突信号中，减去不期望包的数字数据。

5G网络将承载万物互联，其频谱资源无比珍贵，全双工技术大大提升了频谱效率，因而运营商把其作为5G关键技术之一而重点研究。

2.4 全双工技术

全双工技术指的是信息同时传输和同频率传输的技术。因发送和接收都在同一信道上，频谱效率提升了一倍，应用在5G上能大大提升其吞吐量。全双工技术在发送完数据之后立刻接收反馈信息，减少了时延。另外，在传送数据包的时候，无需等待数据包完全到达才发送下一个数据包，在重传的时候时延更小。

但全双工技术发射跟接收都使用同一频段，发射信号会对接收信号产生自干扰，目前用以下几个手段来消除自干扰。

第一，使用天线干扰消除，使用两根发送天线和一根接收天线，并使两根发送天线到接收天线的距离差为发射半波长的奇数倍。

第二，使用射频干扰消除，使用噪声消除芯片，从接收信号中滤去干扰信号。

3 结语

综上所述，5G移动通信技术的推广，使得多媒体数据业务的需求量急剧增加，让多用户实时通信变成可能，但是信息传输过程中的能耗也越来越严重。针对这种情况，必须加强对5G通信网络技术的研究，不断提高5G通信系统的效率和通信质量。

参考文献

[1]陈彦澔. 面向5G无线通信系统的关键技术初探[J]. 中国新通信，2018（1）：14.

[2]郑国鑫. 关于面向5G无线通信系统的关键技术分析[J]. 中国新通信，2017，19（12）：8.

[3]杨绿溪，何世文，王毅. 面向5G无线通信系统的关键技术综述[J]. 数据采集与处理，2015（3）：469-485.

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