【5G网络优化问题分析及发展趋势研究10000字（论文）】

5G网络优化问题分析及发展趋势研究目录19338摘要 一、绪论（一）研究背景在4G大规模商业化的今天，5G已经是世界范围内的研究热点。经过全球工业的通力合作，5G远景及主要能力的要求已基本清晰，国际标准有望于2016年开始。为了实现5G技术的研究与规范，必须尽早确定5G的概念、技术路线和关键技术，从而为5G技术的发展提供有力的支持。移动通讯的跨越时代发展以支持的应用服务为特点（10年和10年之间），预计到2020年，无线网络将会向每一位用户提供1GB的移动数据（相当于1小时的高清视频）;7千亿-7万亿无线设备为70亿人（平均每人100-1000台）提供服务。当前，由于智能手机、4K高清视频、手机游戏等技术的迅速发展和普及，人们对移动通信的需求也越来越大，因此，在TD-SCDMA、TD--LTE等技术的支持下，通信学者们提出了5G网络技术，引入了更先进的设备体系结构。由于5G网络穿透建筑物、地铁涵洞等障碍的能力较差，所以必须通过先进的组合优化技术来提高数据通信的可靠性和连续性。（二）5G网络的概念纵观手机通讯发展历史，可以从标志能力指数和核心技术两个方面来界定，1G是FDMA（FDMA），仅能提供模拟话音服务；2G主要是TDMA（TimeDivisionMultiplexing,TDMA），它的技术特点是码分多址（CDMA），用户的峰值速度在2Mbps~10Mbps之间；4G则是利用OFDMA（OFDMA）技术，在100Mbps~1Gbps之间，可以支持多种类型的宽带数据服务。与以往的手机相比，5G的核心功能在用户体验、连接数量、端到端时延、峰值速率、移动性等方面都有很大的提高。（三）国内外发展状况1.国内发展状况中国移动正在积极推进5G的建设，其目的是树立行业领袖地位，引导运营商向5G迈进。中国移动公司的高管们已经不止一次地向外界公布了5G将在2020年大规模商用的消息，并且已经与设备制造商联手，制定了1719年的5G测试计划和规范，提前储备和摸清5G能力。建立5G联创中心，促进行业生态建设。中国电信加快了5G的试点工作，并根据中国电信集团的要求，加快5G业务发展的步伐。中国电信于2018年八月初在雄安召开5G启动会议，并宣布了5G商业计划。中国电信已于2017年在5G试点工作中确立了6个行业的优先试点。中国联通采用先行战略，以实现5G的快速发展为目标。当前，5G是中国联通的一个重要战略目标，5G牌照之后，将会努力追赶。首先，中国联通已经做好了充足的资金准备，因为公司正在进行混合所有制改革，将一部分的资金投入到5G的建设和建设之中，而中国联通在2017年也开始了5G的试验，计划是在4到6个基站的基础上，工信部已经批准了中国联通的两个试点，上海、深圳。2.国外发展状况除中国之外，国外主要的发达国家和机构都在积极研究5G技术，争取在通信领域取得领先地位，而在这方面，欧盟、美国、韩国、日本等国家处于领先地位。欧盟正在稳步推进5G发展的FP7架构，作为全球最大的投资机构，于2014年推出Horizon，并计划在2020年投入80亿欧元。美国当前以网络模式发展国家宽带计划为指导，开始了5G的建设。美国IEEE802标准组织于2012年启动了新一代WiFi标准，为5G的发展打下了良好的基础。韩国是最有野心的国家，他们的投资也是最大的。回溯到2013年五月，韩国成立了5GForum，在研究所和大学的领导下，公司开始了5G的研究。韩国于2013年启动了GiGAKorea开发项目，并决定在2013至2017年间在5个领域投入5.5亿美元。2014年，韩国又启动了5G手机战略，在2014至2020年期间，在5G手机开发方面投入了大约7亿美元。日本也迅速跟进5G的发展，并在2013年九月组建了“2020B-AH”工作组，该工作组包括31个日本的电信公司，并于2014年10月组建了5G标准。日本的5G将于2020年东京奥运会正式投入市场。二、5G网络实现原理及关键技术研究（一）5G移动通信技术5G移动通讯技术也被称作5G移动通信技术。5G技术是基于4G技术的扩展与发展，目前国内一些地方已有5G技术的应用，5G手机、5G宽带等相关产品相继问世。与4G技术相比，5G是一种新的无线压缩技术，它能使数据传输速率达到1.5GB/s，其传输速率比4G快10倍。5G技术有着显著的优点，最显著的特点就是高速的数据传输。数据传输速率的提升可以极大地改善用户的使用体验，为人们的交流提供便利。其次，5G的频谱比4G要高，而频谱是移动通信技术发展的关键。5G技术是一项系统的频谱规划，对我国电信公司的发展、行业结构的优化起着举足轻重的作用。同时，5G移动通讯技术具有运行成本低、运行时间短、便于环境监控、城市规划、新型农业建设、森林防火等方面的应用。（二）5G实现原理1.5G空口实现原理5G的空口有两种主要的实现方法：（1）新的空口通道：采用全新的空口设计，主要针对新的场景和新的波段。与4G架构相适应，采用新型技术方案设计，并引进创新技术，以解决4G发展路径所不能解决的业务需求和挑战，尤其是在物联网应用领域，以及高频段的需要。（2）4G的发展路径：在现有时间内，对已有的系统进行进一步的改进，在4G架构上引入新的技术，以确保5G的兼容性，同时满足5G的应用和业务需要。2.5G网络架构原理5G无线网路结构有两种配置模式：（1）现网NSA的升级，后向SA的演进：此配置方法便于eMBB的前期快速部署，升级容易，对现网改动小，有利于保护现网投资效益，初期可依赖LTE做覆盖，与LTE呈现双网连接，用户体验好。（2）SA纯新网模式：由于5G的引入受到诸多限制，周期较长，覆盖范围也较大，5G网络虽然支持切片，但由于切片的使用时间不固定，所以不能采用完全新建的结构。SA网络体系结构完成后，接下来就是RAN的体系结构和发展战略：CU的前期和DU的结合，BBU的建设是4G的。体系结构的思想是CU/DU可拆可拆，前期可建，将来可拆，BBU不宜集中，若用户需求较大，建议小型集中。（1）CU/DU的部署指导策略：CU/DU可分可和，在5G部署的早期阶段，分开的CU/DU的应用价值不大，建议在BBU的初期，CU/DU在BBU中合并，将来可以根据不同的业务情况，适当的将CU/DU合并和分开，只需要软件更新即可。（2）BBU部署策略：不以BBU为中心，以C-RAN/D-RAN为目标，并按照光纤的具体情况分场景部署。5GCRAN将在4G网络中部署。若客户有充足的光纤，建议5-10个站点集中。3.5G网络承载原理云南移动5G无线网络的主要承载策略是4G和5G共同承载，而NSA则是以NSA为主要载体，以维持系统的稳定性。（1）在NSA协议下，4G,5G共组网的需要，同时CA，上下行解调方案也要求4G,5G共组网。（2）为了适应现有网络的平滑演进，实现4G、5G的共同承载，现有网络的主要设备容量必须满足4G+5G的承载需求，同时保持现网拓扑、资源、业务不变。（3）为了使4G载体网络5G化，必须通过扩展新的单板来支持和实现5G的新的功能，保证4G接入单板和5G接入单板并存，双网的运行没有任何障碍。（4）为了实现最佳的TCO,4G网络需要进行较长时间的演进，以确保不会出现任何的重复投资，特别是在最少的基础资源（机房空间、配电和光纤消耗）上。（三）5G移动通信关键技术为推动5G的发展，5G网络采用的是更加专业、高效的新型技术，通过对5G技术的深入研究，可以推动5G网络的优化与创新，从而有针对性的解决问题。当前5G网络的主要技术有四种，其技术内容及实施效果见下表1:表15G通信网络关键应用技术技术类型技术内容应用效果SON技术自组织网络技术，完成网络数据的自动连接、自动调整、自动修复、自动计划。提高网络通信的运行效率，减少网络优化人力、物力经济投入，促进网络优化自动化进程。SDN技术软件定义技术，实现数据转发存储、分离控制、网络透明化和虚拟化。方便快捷、简化网络数据传输过程，促进5G网络虚拟化和创新化。D2D技术 实现终端之间直接通信，提高网络通信频谱效率，主要应用于移动蜂窝网络和短距离通信。降低运行消耗，实现资源共享，提高数据传输的速度和利用效果。异构超密度组网部署分析技术缩短数据传输的距离，增加区域内网络系统容量。对设备和技术要求较高，提高网络速率，增加网络通信效果。三、移动5G建网方案本文通过对5G技术的理论和关键技术的分析，得出了5G并非一种新型的通讯技术，而是一种由2G、WiFi、D2D组成的综合技术。未来5G网络将呈现出一种扁平的结构，其中心网与多种访问模式相适应。基本上，5G是一个由情景驱动的通讯标准，它与4G之前的最大区别。按照中国移动集团规划部门的总体规划，5G网络的建设应以高质量、高质量为目标，在城区范围内实现连续覆盖。云南移动现已启动5G基站试验，初步拟定了初步的网络优化策略，但仍在摸索中，本文将以云南的试点为基础，对5G的建网方案和优化策略进行了深入的探讨。（一）云南移动5G部署战略云南移动现已连续7年在国内市场份额、行业收入和行业增量收入市场份额均居国内首位。在全国范围内，宽带覆盖面积位居全国第一，在全国范围内，4G基站已达100070个行政村，云南有2400万个4G用户，4G用户平均每个月流量7.5G，在集团内位居第二，比2016年增加了5倍。云南省4G覆盖范围由行政村迅速扩展到自然村，技术发展领先于全国。目前，4G5G网络已达到了100%的乡镇，全国已有超过1万5千个基站，近80,000个4G基站。2018年，云5G首次推出“4G+”，将手机的上网速度提升一倍，同时还首次推出了高清视频，5G的播放效果提升了12倍，4G的下载量达到了43Mbps，并且首次在云南实现了4G+Vo-LTE的5G通话。此外，云南移动还将Pre_5G技术作为南博会的通讯保障，5G的使用效率比4G提高了5倍，可以保证云南5G用户在5G时代的使用。云南移动已具备5G建设的基本条件，其中重点是：（1）云南移动光缆已建成全光纤网，全长620,000Pa，通讯管线已基本覆盖81070城市。（2）市区内的光纤分布密度达到每平方公里10.3个，光纤接入距离只有1-50米，解决了“最后一公里”问题。（3）16个城市的传输网络容量170T，其中干线光纤1._5万皮长公里，具有多平面承载多种业务能力，可实现1G/lOG/1006等多颗粒的业务的灵活调度，网络容量、技术手段和传输能力全省领先。（4）实现对所有网络设备的双重保护，多路由的电缆线路，每一个城市的路由超过3个；（5）计划在昆明建立昆明区域的国际通讯服务出口，利用中、老两国陆路1OOG和中缅陆上1OOG系统，实现与南亚、东南亚的快速连接，使中国的国际网络迅速延伸到南亚、东南亚，从而带动云南地区的相关工业发展，为云南的经济发展和文化交流提供了信息支持，从而有效地支持了“一带一路”的实施。（二）云南移动5G建网方案1.频谱建设方案当前，云南移动5G建设面临的首要挑战是：每当系统更新时，竞争者都会想要在5G技术的拐点上超越，而5G时代则需要保持警觉。虽然基础资源得到了补充，但中国移动仍然具有不同的优势；5G时代，“扬长避短”的能力仍然可以保持长期的领先地位。所以，在频谱建设上，将会按照2.6GHz的自然优势，分阶段进行4G、5G的建设。根据“三步走”的频谱建设规划，其优势有：（1）可实现更好的覆盖：2.6G的室内覆盖率提高6dB，小区覆盖半径提高30%以上。（2）可以得到更大的带宽：在5G的中期和晚期，LTE将逐渐退出网络，最终实现160M的全频段NR，提高用户的使用体验。（3）对网络的快速响应：2.6G一网，满足4G和5G网络的需要，建设速度快。最后，必须以目标网为主导，多标准、多波段的协作，保证4G/5G网络的先进性。云南移动一旦实现了多标准多频协作的频谱布局，将会在5G建设中胜出云南电信、云南联通。2.立体网站点建设方案当前云南移动5G建设面临的第二大难题是：LTE业务正处在高速增长时期，5G建设要考虑到4G容量的发展需要。高负载会使体验率降低，在很多地区，2M以下的用户体验率在20%以上。为此，云南移动大力利用目前4G网络的优势，从宏、杆、室三层全面推进5G建设。在5G时代，按照宏、杆、室三个层次进行网站建设是必不可少的，它的主要优点是：（1）宏站：实现了室外的连续覆盖，以及室内的浅层的覆盖.（2）杆式站点：室外道路、居民区等宏站不能有效地覆盖的场景，以及室外的室内覆盖。（3）室内：室内装修，如商场、办公楼等。3.设备建设方案当前云南移动5G建设面临的第三大难题是：原有2、3、4G设备产者多、站址资源和机房空间不足。为此，我们对5G设备的建设提出了灵活、易于部署的要求，并提出了采用2.6G64T/32T的3DMIM0系统。3DMIM0的设备构建方案是利用NR广播通道进行的，其增益比LTE大，而240W的基站覆盖性能要好。其最大的优点是户外部署非常简单，仅需要和LTE设备一起安装，并且占地面积很小。四、移动5G网络优化策略（一）LTE与5G同频邻区千扰问题优化5G是最近几年才被提上日程的，就拿我现在所在的网管部门来说，大多数的WAN维修者都是第一次接触到5G，不知道该怎么做，也不知道该怎么做，在5G的测试中，我们发现了LTE和5G的频邻区干扰相当于LTE的组网干扰。首先，由于LTE和NR都是OFDM码元，LTE是同频率组网，NR不会对LTE造成任何的干扰。经过实验，我们发现，在LTE和NR的干扰作用是可以控制的：（1）在下行干扰中，NR对LTE性能的影响较小，而在LTE的导频信号中，LTE具有CRS导频信号，从而对5GNR（不存在CRS）造成干扰，NR对LTE的邻域干扰比LTE更小。NR的初始负荷很低，所以对LTE的性能影响很小。我们发现，在使用了波束赋形之后，NR的窄波束可以更好地避开用户之间的干扰，从而可以顺利地完成下行干扰的优化。（2）上行干扰有功率控制机制，UE只在边沿和满载情况下全功率，初始NR负荷较低，带宽为100M，对LTE的干扰较少。所以，可以利用功率控制来优化上行干扰。（二）TDD流量饱和问题优化在5G试验中，我们发现了另一个问题，即TDD业务的拥塞，因为共享业务不理想，很容易降低用户的感知体验。因此，我们在1800M的基础上进行了快速的再开发，构建了底层的能力，并分摊了TDD的业务，提高了用户的使用体验。我市利用FDD1800工程提高了网络的容量和承载能力，全天总流量增长73.89%，承担着数据流量31.81%。在VoLTE的快速替换下，GSM1800可以逐渐地降低频率，所以在5G时代，我们可以考虑到TDD的流量饱和，重新开发15}20M的城市，以达到连续部署FDD。县、乡等可按能力要求进行布点，可选用25M的复耕，已逐步推进到全网，最后达到了一片式的布局。FDD1800M目标网络采用20+5的方案：20+SCA的联合，使峰值更高，20M带宽，更好的使用体验。此外，900M可以提高5G网络的深度覆盖，并且可以很好的解决TDD业务的拥塞问题。900M是VoLTE建设的首选，而目前的VoLTE采用的是上下对称的服务，它的特点更符合FDD系统。在5G时代，中国移动建设了900M的连续VoLTE网络。通过对900M基站的大力推进，可以极大地提高5G网络的覆盖率，改善用户的使用体验，从而有效地解决了传统TDD业务的拥塞问题。标准的定义表明，5GVoNR和4GVoLTE均是以IMS为基础的，NSA下的VoLTE是VoLTE,SA下是VoLTE，两者的语音体验没有任何区别；NSA下的VoLTE采用标准MOS4.1，接入时延能控制在2秒之内，既解决了网络拥塞，又大大提高了5G网络下的话音服务。（三）宏站覆盖不足问题优化在云南移动5G试点中，我们发现了第三个问题，即宏站覆盖不够。相对于4G基站的共站覆盖，2.6GHz64T和1.9GHz8T8R共同覆盖5G。现在3。SGHz已经被证实可以实现1.8GHz的无线网络覆盖，但是2.6GHz更有优势，可以选择32T。通过多次试验，证明32T可以和F站一样覆盖，反之，16T要增加更多的站点，因此不能。目前，华为等5G主要厂商都在致力于TDD3DMIM0的全球商用，移动覆盖全国31个省市，覆盖中国的校园、商业街、城中村、交通枢纽、旅游景点、医院等。通过现场网络的验证，在高流量情况下，3DMIMO可以获得更多的用户，更大的释放流量，更好的用户体验。采用三维MIMO技术，在大基站间隔场景下，可以显著地改善5G信号的覆盖范围，并显著提高了增益：假设站高35m，假设下倾角为16TRX，下倾角为7度，利用半功率角度对齐蜂窝边缘；32TRX为上波束法线对齐蜂窝边缘，64TRX采用第二波束（自上而下）法线。经比较，16TRX与单元半径501米相对应，32TRX对应单元半径606米，64TRX对应单元半径666米，3DMIM0可以在大站间距情况下得到显著的性能增益，并适时进行相邻下倾角优化调整。（四）网络容量不足问题优化第四个问题是，在5G的试验中，我们发现了一个问题，即网络容量的不足。由于64T/32T相比16T，可以更好地适应将来的流量发展需要，经过长时间的反复优化和验证，发现64T/32T的纵向波束可以自由调节，方便了网络的规划与优化，可以很好地解决5G网络容量不足的问题。首先，在网路规划上，64T/32T所使用的3dB波束能够同时满足塔底的边界，而16T的3dB则只有3dB，不能同时兼顾塔底和塔的边界。其次，对于网路的优化，64T/32T可以很好的配合场景，为将来的智能发展做准备，而16T的纵向尺寸是不能调节的，不能根据不同的场景进行灵活的调节。在5G网络的试验中，本人采取了系统模拟的方法，参照目前的LTE1:1地址，在城市密集的区域ISD300米，6-20层，用户分布：80%室内，20%室外。经过试验，我发现64T/32T在人口密度较大的城市中比16T要大，可以很好地解决5G网络容量不足的问题。（五）存量DAS单改双性能难保障问题优化在5G试验过程中，我们发现了一个问题，即存量DAS系统的单机改造，双机性能难以保证。由于DAS单一改成双功率均衡难以实现，且系统性能大幅降低，DAS可以叠加RRU信源，实现5G的快速支援，故提出了一种新的方案，即将其叠加或改装成数字室分。现有网络的数据显示，新旧系统的天线端口功率相差5~6dB，小区容量下降10%，边缘体验速率下降30%。MIMO接口功率失衡的原因有：馈线损失差~1dB；设备插损差役~2dB（一条线路5个）；施工过程的影响在2~3dB之间。根据集团的要求，到2015年，无源设备将支持2.5GHz，到2015年，无源设备将支持2.7GHz，馈线和被动设备的插损，根据20m7/8馈线和60m1/2馈线的现状，2.6G的损耗要比2.3G大1.06dB，而空间传播和穿透损耗1.BdB，存量DAS叠加2.6G信源，5G初期80W可基本满足同覆盖要求。所以，现有网络具有对信号源进行叠加或转换成数字室分的能力。研究结果表明：存量DAS可以对RRU信号进行堆叠，并在容量要求较大时对室分进行改装和叠加。（六）其他优化策略通过对5G试验中所遇到的其它问题进行分析，并提出了相应的优化方案。（1）TDD连续组网做为锚点体验更好，同等情况F频段优于D频段。首先，TDD可以实现持续的覆盖，更好的定位体验。由于前期的FDD1800个站点数目不多，本地的用户体验可能会不如原来的4G，如果用户选择了FDD作为锚点，那么在FDD1800的边缘，用户的使用体验就会下降。而FDD1800作为4G的主要容量，在我们选择了移频之后，尽管作为锚点的作用还有待进一步的评估，但从现在的情况来看，TDD的定位技术已经很成熟了。其次，在相同的情况下，F波段作为锚点要比D波段好。由于F波段比D波段更好，所以F波段软扩1OM是最好的锚点，可以迅速部署，对现有网络的用户也不会有太大的影响，根据LTETDD的覆盖范围，1900载波的覆盖要比2600载波更好，切换次数也更少。（2）维持4G架构，以DRAN为主，局部CRAN建议采用小规模集中模式。首先，5G将继续4GDRAN+的小型、小型、集中的4G网络结构.目前4G的CRAN容量只有10070左右，现有的存储机房数量不足，光纤数量不足以支持大集中模式下前传光纤直驱模式。其次，移动公司在4G改造计划中，提出了4G+5G的大规模集中网络结构，这是一个理想的方案，但难度很大，不仅需要对现有传输汇聚机房大量整改，还需要新租、新购大量的集中机房，用来布置大量前传汇聚设备，需要消耗巨大的资金投入，与现阶段集团降本增效的总体方针不符。（3）发挥频谱站址优势，更快更好更省，建设最有竞争力的5G网络。首先，最大限度地利用了频谱的价值。NR的持续100M保证了LTE的竞争优势，LTE的其他60M带宽可以根据LTE的需要使用，目前的2.6G容量的现有网络容量LTE频谱可满足未来LTE流量发展需求。其次，最大限度地利用站点的优势。5G网络体系结构延续了现有网络的“宏网+杆网+室”的优点，以3DMIMO技术为5G基础形态，64T+32T为最佳组合，继承现网杆微站址优势，构筑5G差异化领先优势。其次，最大限度地提高了网络的利用率。全面标准化：2/3/4G全网归一整合，减少了铁塔租赁的压力，节能智能：不断创新的硬件技术，减少了产品的功耗。最后，对网络结构进行了优化。SA是5G的目标体系结构，NSA的进展很快，可以将软件升级为SA。（七）基于云计算技术的5G移动通信网络优化措施1.广泛应用“云端”技术“云端”技术是云技术的核心内容之一，它与传统的云计算技术相比，“云端”技术是一种以应用终端为基础的大规模数据资源库，它可以使终端用户的数据源得到更好的利用，从而提高了系统的运行效率。“云端”技术是一种“云端”模式，它可以为移动通信网络的优化提供数据和资源，从而更好地利用云计算技术，降低5G网络的优化投资。2.加快对于无线传输技术的研究，促进新型网络架构体系形成无线技术相比于有线技术，可以减少对数据的限制，在移动通信网络中得到了越来越多的应用。在5G网络中，无线传输技术同样是最重要的技术，它可以利用模拟微波和数字微波来实现信息的自由传递，不受时间、空间和地域的限制，仅在网络的基础上进行操作。采用先进的无线传输技术，可以加快新的网络结构体系，加快网络优化技术的研究。3.合理利用频率资源频率资源是大自然赋予的有限共享资源，合理使用频率资源可以有效地改善网络的运营效益和频谱利用率，从而推动移动通信网络及其相关的数据服务的有效发展。目前，国内对频谱资源的研究尚处于初级探索阶段，并未充分利用频谱资源的价值，特别是5G移动通信系统的优化。采用组网技术，可以有效地改善网络的安全、稳定性能。4.及时分析和测试网络故障，制定网络优化方案云计算技术能够为5G网络中出现的各种故障和问题提供强有力的数据支撑。针对网络的实际故障，提出了一种基于干扰信号分析、区域覆盖容量与结构优化、硬件设备优化等优化策略。通过制定和执行网络最优方案，可以有效地改善各种设备在网络运行中的性能，降低故障的发生率。结束语总之，5G对网络的运行提出了更高的要求，为推动网络的优化与创新，各通信公司必须加强对5G技术的了解，积极寻求新的网络优化途径，推动网络的创新发展。5G移动通信网络引入了SON、D2D、异构、超密集部署等新技术，但由于技术上的不足，可以通过结合优化技术，进一步挖掘出网络中可能出现的问题，并将各种通信优化技术结合起来，从而进一步解