淺談5G網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)及核心網(wǎng)架構(gòu)

孟祥臣

摘 要：伴隨信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)通信逐步從2G、3G走向了4G、5G。5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為正在試驗(yàn)階段的移動(dòng)通信技術(shù)，無(wú)論是在關(guān)鍵技術(shù)方面還是核心網(wǎng)架構(gòu)方面，都較之前的通信網(wǎng)絡(luò)在性能方面有了很大提升。本文將從5G技術(shù)入手，分析5G網(wǎng)絡(luò)中涉及到的部分新技術(shù)，然后分析其核心網(wǎng)架構(gòu)，旨在為相關(guān)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：5G；網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；核心網(wǎng)架構(gòu)

引言

5G網(wǎng)絡(luò)是未來(lái)科技時(shí)代的代名詞，目前國(guó)際上對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)科研工作正在如火如荼的進(jìn)行。我國(guó)政府部門也加強(qiáng)了對(duì)網(wǎng)絡(luò)科技的研究工作，想要先一步完成5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。為了向世界展現(xiàn)我國(guó)的科技水平和綜合實(shí)力，信號(hào)站及試驗(yàn)站的建立已經(jīng)開始，不久我們將迎來(lái)真正的5G時(shí)代。那么促進(jìn)5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，加強(qiáng)5G網(wǎng)絡(luò)的新技術(shù)和核心網(wǎng)架構(gòu)的研究非常必要。

1 5G概述

5G即第五代移動(dòng)通信技術(shù)，是適應(yīng)未來(lái)移動(dòng)通信要求而開發(fā)的新一代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展規(guī)律，5G將具有更高的頻譜效率和能量效率，在數(shù)據(jù)速率和無(wú)線資源利用效率等方面將比第四代移動(dòng)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)提高一個(gè)或多個(gè)量級(jí)，其小區(qū)覆蓋范圍、數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延、服務(wù)質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)安全也將達(dá)到一個(gè)更高的檔次。5G通信標(biāo)準(zhǔn)將和多種其他移動(dòng)通信技術(shù)結(jié)合，構(gòu)成新一代移動(dòng)信息網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，滿足用戶未來(lái)越來(lái)越高的流量需求、服務(wù)質(zhì)量需求以及安全性要求。5G通信標(biāo)準(zhǔn)的使用覆蓋范圍也將進(jìn)一步放大，對(duì)多種多個(gè)傳感設(shè)備的支持和對(duì)設(shè)備與設(shè)備之間通信支持將成為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的重要一環(huán)，不僅如此，5G通信標(biāo)準(zhǔn)還必須擁有良好的魯棒性，具有網(wǎng)絡(luò)自配置、自優(yōu)化、自治愈等能力，從而能更好的面對(duì)網(wǎng)絡(luò)部署環(huán)境的變化并且降低人力成本。

5G標(biāo)準(zhǔn)要求的提高帶來(lái)的是移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的部署和維護(hù)復(fù)雜度的進(jìn)一步增加，在網(wǎng)絡(luò)組織階段需要計(jì)算和分析的要素越來(lái)越多，主要包括：規(guī)劃、選址、測(cè)試、前期及后期優(yōu)化、性能監(jiān)控、故障檢測(cè)與修復(fù)等，目前網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)高復(fù)雜性和多樣性，多種接入技術(shù)的同時(shí)應(yīng)用、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的干擾、小功率基站（如天線節(jié)點(diǎn)、Pico基站等）的密集部署都會(huì)在不同程度上影響到網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行；無(wú)線網(wǎng)絡(luò)資源的分配和管理復(fù)雜程度越來(lái)越高，需要綜合考慮空、時(shí)、頻、功率四種維度下的資源分配情況，在用戶接入數(shù)量和業(yè)務(wù)質(zhì)量需求不斷提高的情況下，如何權(quán)衡無(wú)線網(wǎng)絡(luò)資源分配過(guò)程的復(fù)雜度和精確度將成為未來(lái)網(wǎng)絡(luò)部署的重大挑戰(zhàn)?？梢灶A(yù)見，未來(lái)的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)會(huì)越來(lái)越復(fù)雜，用戶對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)所提供服務(wù)質(zhì)量變化感知會(huì)愈加敏感，各類的業(yè)務(wù)需求的變化會(huì)愈加頻繁，這些都將對(duì)網(wǎng)絡(luò)的性能提出更高的要求，網(wǎng)絡(luò)只有能夠自適應(yīng)地滿足用戶的各類業(yè)務(wù)需求，才能夠保障用戶優(yōu)質(zhì)的服務(wù)體驗(yàn)，才能保證用戶的忠誠(chéng)性和避免用戶的流失。

2 5G網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)

2.1超密集組網(wǎng)技術(shù)

超密集組網(wǎng)技術(shù)，主要基于超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，宏微協(xié)同和高低頻段協(xié)作組網(wǎng)，利用宏站與微站，低頻與高頻的各自優(yōu)勢(shì)，提升系統(tǒng)性能。其關(guān)鍵技術(shù)主要有：基于與無(wú)線接入鏈路的資源管理和干擾控制、鏈路設(shè)計(jì)的無(wú)線fronthaul/backhaul技術(shù)；基于自適應(yīng)分簇及簇自適應(yīng)調(diào)整、數(shù)據(jù)分發(fā)選擇、分布式資源管理的虛擬化技術(shù)；基于Small cell同步與發(fā)現(xiàn)增強(qiáng)及干擾測(cè)量增強(qiáng)的干擾識(shí)別技術(shù)等。超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由于節(jié)點(diǎn)間距離小，越發(fā)密集的網(wǎng)絡(luò)部署將使得網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓訌?fù)雜，從而容易出現(xiàn)與現(xiàn)有移動(dòng)通信系統(tǒng)不兼容、同頻干擾、共享頻譜資源干擾、不同覆蓋層次間的干擾等問(wèn)題。需要采用一系列措施來(lái)保障系統(tǒng)性能。

1.2 M2M技術(shù)

M2M技術(shù)即機(jī)器類型通信，是相對(duì)人和人通信的一種通信方式，是指不在人的干涉下的一種通信。M2M技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景很多，業(yè)務(wù)都有各自不同的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，需要建立M2M通用的業(yè)務(wù)模型。其研究的核心技術(shù)包括，解決海量終端接入問(wèn)題的網(wǎng)絡(luò)接入與擁塞控制；適配多種不同業(yè)務(wù)的分層調(diào)制技術(shù)及小數(shù)據(jù)包編碼技術(shù)；提升效率的頻譜自適應(yīng)及多址技術(shù)；不用時(shí)刻與網(wǎng)絡(luò)保持同步的異步通信技術(shù)；減少開銷，提升靈活性的高效調(diào)度技術(shù)等。

1.3高級(jí)調(diào)制編碼技術(shù)

無(wú)線資源變得越來(lái)越緊張，為了更加高效的利用有限的通信資源實(shí)現(xiàn)高吞吐率、高頻譜效率和高服務(wù)質(zhì)量的無(wú)線傳輸，需要更高頻譜效率的調(diào)制編碼技術(shù)，如：波分編碼傳輸技術(shù)（OVTDM）、調(diào)頻QAM（FQAM）等。OVTDM技術(shù)中的波形代表不同信息，編碼輸出呈現(xiàn)高斯分布，相同誤碼率下所需SNR比MQAM低；FQAM技術(shù)利用FSK和QAM疊加，增加星座點(diǎn)密度，提高頻譜效率，并通過(guò)改變干擾的統(tǒng)計(jì)分布，達(dá)到對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行設(shè)計(jì)的目的。

2 5G移動(dòng)通信技術(shù)核心網(wǎng)架構(gòu)

傳統(tǒng)的核心網(wǎng)協(xié)議棧，在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^(guò)程中通過(guò)IP匹配，從而使用為IP預(yù)留的專用承載，針對(duì)終端或者會(huì)話的承載建立方式在終端離線后會(huì)刪除，終端重新連接之后如果想建立專用承載必須由P-GW或者終端觸發(fā)專用承載建立的過(guò)程，重復(fù)建立的過(guò)程。為了滿足5G萬(wàn)物互聯(lián)的需求，技術(shù)人員致力于對(duì)貫穿于5G網(wǎng)絡(luò)的基站、核心網(wǎng)、編排管理、傳輸?shù)雀鞑糠值膶?shí)現(xiàn)。對(duì)于核心網(wǎng)而言，基于傳統(tǒng)CT思維的設(shè)計(jì)模式顯然已經(jīng)不足以面向未來(lái)。因此，5G核心網(wǎng)有了更方便更靈活引入垂直行業(yè)的架構(gòu)，即基于服務(wù)化的架構(gòu)Service Based Architecture，簡(jiǎn)稱SBA。

5G核心網(wǎng)架構(gòu)與傳統(tǒng)核心網(wǎng)架構(gòu)的顯著區(qū)別在于：控制面網(wǎng)絡(luò)功能摒棄傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊方式，采用統(tǒng)一的基于服務(wù)化架構(gòu)和接口；控制面與媒體面分離；移動(dòng)性管理與會(huì)話管理解耦；核心網(wǎng)對(duì)接入方式不感知，各種接入方式都通過(guò)統(tǒng)一的機(jī)制接入網(wǎng)絡(luò)。

服務(wù)化架構(gòu)是5G核心網(wǎng)區(qū)別于傳統(tǒng)核心網(wǎng)的顯著差異，5G核心網(wǎng)服務(wù)化架構(gòu)四大特征如下：第一，傳統(tǒng)網(wǎng)元被逐漸拆分實(shí)現(xiàn)了軟硬件解耦，軟件部分被稱為網(wǎng)絡(luò)功能。這些網(wǎng)絡(luò)功能相互之間解耦，具備獨(dú)立升級(jí)、獨(dú)立彈性的能力，具備標(biāo)準(zhǔn)接口與其他網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)互通，并且可通過(guò)編排工具根據(jù)不同的需求進(jìn)行編排和實(shí)例化部署；第二，網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)管理自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)功能被拆分成多個(gè)網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)，5G核心網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)需要能夠做到自動(dòng)化管理，NRF就是這樣的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)功能；第三，網(wǎng)絡(luò)通信路徑優(yōu)化傳統(tǒng)核心網(wǎng)的網(wǎng)元之間有著固定的通訊鏈路和通訊路徑。5G核心網(wǎng)服務(wù)化架構(gòu)下，各網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)之間可以根據(jù)需求任意通訊，極大地優(yōu)化了通訊路徑；第四，5G核心網(wǎng)架構(gòu)下的網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)間通訊機(jī)制進(jìn)一步解耦為生產(chǎn)者和消費(fèi)者模式，生產(chǎn)者發(fā)布相關(guān)能力，并不關(guān)注消費(fèi)者是誰(shuí)，在什么地方。5G核心網(wǎng)架構(gòu)是對(duì)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的重大改革，具備開放、解耦、可編排等優(yōu)勢(shì)，將會(huì)是未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重要技術(shù)支持。

結(jié)束語(yǔ)

目前關(guān)于5G的研究還處于驗(yàn)證階段，但是其技術(shù)方向已經(jīng)逐漸清晰，隨著超密集網(wǎng)絡(luò)、高頻通信、新型化扁平化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等技術(shù)研究的完成，5G技術(shù)將突破現(xiàn)有瓶頸，開創(chuàng)移動(dòng)通信互聯(lián)的新篇章。未來(lái)5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展將真正走向開放化、服務(wù)化、軟件化方向，將實(shí)現(xiàn)5G與垂直行業(yè)的融合發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]宗在峰，吳瑟.面向未來(lái)移動(dòng)通信的核心網(wǎng)架構(gòu)[J].中興通訊技術(shù)，2016，22（03）：62-66.

[2]焦金濤.5G網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)及核心網(wǎng)架構(gòu)研究[J].中國(guó)新通信，2017，19（16）：9.

[3]許碧洲，路遙，高立劍.關(guān)于5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)及核心網(wǎng)架構(gòu)的幾點(diǎn)思考[J].中國(guó)新通信，2017，19（18）：8.