5G网络架构和关键技术

jadyhall

走进5G

第二章 5G网络架构与关键技术

在上次推送的第一章节中对5G的场景、需求及KPI进行了先容，那么本次推送主要先容5G的网络架构及关键技术，当然暂时也是先容性的，没有深入的理论细节分析，后续随着企业及外界资料丰富后再逐步的深入了解。

通过上次的先容，大家应该对5G有了一定的了解，那么到地何谓5G呢？5G的愿景是什么呢？有哪些关键技术，网络架构是什么样的呢？等等很多问题将在这次做一个解答。

1、 何谓5G？

简单的说，综合5G关键能力与核心技术，5G概念可由“标志性能力指标”和“一组关键技术”来共同定义。其中，标志性能力指标为“Gbps用户体验速率”，一组关键技术包括大规模天线阵列、超密集组网、新型多址、全频谱接入和新型网络架构。

2、5G的愿景是什么?

5G将渗透到未来社会的各个领域，以用户为中心构建全方位的信息生态系统。5G将使信息突破时空限制，提供极佳的交互体验，为用户带来身临其境的信息 盛宴;5G将拉近万物的距离，通过无缝融合的方式，便捷地实现人与万物的智能互联。5G将为用户提供光纤般的接入速率，“零”时延的使用体验，千亿设备的 连接能力，超高流量密度、超高连接数密度和超高移动性等多场景的一致服务，业务及用户感知的智能优化，同时将为网络带来超百倍的能效提升和超百倍的比特成 本降低，最终实现“信息随心至，万物触手及”的总体愿景。

3、5G无线网络架构

当前，国际上多个标准化组织如ITU、NGMN联盟等都已经开始进行5G网络及其架构的研究工作。3GPP作为移动网络标准最主要的制定方，5G网络架构的设计将是其国际组织的重点工作，业界预期将在R14开始启动相关工作。学术界、产业界如欧盟METIS、中国IMT-2020网络技术工作组（包含中国国内的运营商、研究机构、设备商、高校）等已经开始着手这方面的讨论，中兴HUAWEI也在讨论新空口、网络切分等等问题。

5G无线网络架构的研究主要从增强特定应用场合如高速列车、热点场所、室内环境等覆盖以及吞吐量、增强用户数据速率以及QoS需求、增强频谱效率以及能量效率、降低网络延时等方面入手，具体可以总结如下：

目前，5G研究仍处于需求制定和空中接口技术攻关阶段，尚未提出明确的网络架构。但总的看来，5G无线网络架构存在两条发展路线：一是综合化发展，即“演进+创新”的路子，在演进型的2G/3G/4G多制式蜂窝网络、以及短距离无线通信网络的基础上，融入创新型无线接入技术，形成综合型的5G无线网络架构。二是颠覆性发展，即“变革”的路子。

5G综合化发展的路子，也可以说是5G弥补了4G技术的不足，在数据速率、连接数量、时延、移动性、能耗等方面进一步提升系统性能，。它既不是单一的技术演进，也不是几个全新的无线接入技术，而是整合了新型无线接入技术和现有无线接入技术（WLAN，4G、3G等），通过集成多种技术来满足不同的需求，是一个真正意义上的融合网络。并且，由于融合，5G可以延续使用4G、3G的基础设施资源，并实现与之共存。

移动网全球漫游、无缝部署、后向兼容的特点，决定了5G无线网络架构的设计不可能是“从零开始”的全新架构。然而，5G无线网络架构是一种演进，还是一种变革，将取决于运营商和用户需求、产业进程、时间要求和各方博弈等多种因素。

在5G架构设计的需求以及可能的技术方面，已经形成了一些共识。在需求方面，普遍将灵活、高效、支撑多样业务、实现网络即服务等作为设计目标；在技术方面，SDN、NFV等成为可能的基础技术，核心网与接入网融合、移动性管理、策略管理、网络功能重组等成为值得进一步研究的关键问题。

因此，5G网络架构设计包括系统设计和组网设计两个方面。系统设计重点考虑逻辑功能实现以及不同功能之间的信息交互过程，构建功能平面划分更合理的统一的端 到端网络逻辑架构。组网设计聚焦设备平台和网络部署的实现方案，以充分发挥基于SDN/NFV技术的新型技术设施环境在组网灵活性和安全性方面的潜力。

网络架构的定义与其本质的网络功能是分不开的，5G的场景及需求下自然需要一些特有的网络功能，下图所示是5G网络的功能特性，当然，随着技术发展和各组织的研究讨论，最终的功能定义是什么样现在还不好说，这里只是现阶段的一些总结。后续大家感兴趣可以一同交流学习。

4、5G关键技术

目前，5G的关键技术还处于研究与发展的阶段，部分关键技术也得到了验证，如我司的MM，MUSA等，为了实现5G的愿景和需求，5G在网络技术和无线传输技术方面都将有新的突破。5G关键技术总体框架如图5所示，在无线网络方面，将采用更灵活、更智能的网络架构和组网技术，如采用控制与转发分离的App定义无线网络的架构、统一的自组织网络、异构超密集部署等；在无线传输技术方面，将引入能进一步挖掘频谱效率提升潜力的技术，如先进的多址接入技术、多天线技术、编码调制技术、新的波形设计技术等。

5G关键技术总体框