5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用

王宏利

（中通服咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引 言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015年5月—2020年5月，我國出臺(tái)有關(guān)5G研發(fā)與應(yīng)用推廣的政策文件多達(dá)22項(xiàng)。隨著時(shí)間的推移和5G技術(shù)的不斷完善，其在不遠(yuǎn)的將來必會(huì)滲透到社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域，為人們提供“全方位的信息生態(tài)”[1]。在5G概念系統(tǒng)中，關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)能力雖可充分展示其技術(shù)特征與突出優(yōu)勢(shì)，但不能直接涵蓋技術(shù)應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)。如果說關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)能力是5G概念的支持體系，那么技術(shù)所面臨的挑戰(zhàn)與具體應(yīng)用則是應(yīng)用中必須要考慮的問題。基于此，本文將對(duì)5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)與技術(shù)能力進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上分析其應(yīng)用問題。

1 5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)

1.1 內(nèi)涵發(fā)展

目前，5G代表第五代移動(dòng)通信技術(shù)，具有高速率、低時(shí)延和大連接等特點(diǎn)，其在國際上暫無統(tǒng)一的概念，通常需要借助于相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)與關(guān)鍵技術(shù)能力對(duì)其內(nèi)涵與外延進(jìn)行界定[2]。5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)本質(zhì)就是數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，其可在6 GB以上的高頻段中以每秒1 GB以上的速度完成數(shù)據(jù)傳輸。根據(jù)國際電信聯(lián)盟對(duì)5G技術(shù)的3大類應(yīng)用場景可知，其可增強(qiáng)移動(dòng)寬帶、超高可靠低時(shí)延通信和海量機(jī)器類通信，以滿足人類在生活、生產(chǎn)等方面的需求。在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，其峰值速率要達(dá)到10～20 GB/s，以滿足人民對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨骩3]。根據(jù)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟發(fā)出的相關(guān)規(guī)范可知，5G技術(shù)的使用案例需要滿足低延遲、高信令效率、高覆蓋率、強(qiáng)頻譜效率、十萬以上并發(fā)連接量、局域網(wǎng)1 Gb/s傳輸率、廣域范圍10 Gb/s傳輸率等要求。目前，5G技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、車聯(lián)網(wǎng)及自動(dòng)駕駛、能源、教育、醫(yī)療、金融等多個(gè)領(lǐng)域[4]。

1.2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

多年來，移動(dòng)通信技術(shù)延續(xù)著每十年更新一代技術(shù)的發(fā)展規(guī)律，已經(jīng)經(jīng)歷了1G、2G、3G、4G四代的發(fā)展，其每一次代際的躍遷，每一次技術(shù)的進(jìn)步，都會(huì)刺激全球的金融、醫(yī)療、能源等多個(gè)產(chǎn)業(yè)的升級(jí)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)全球化發(fā)展，如表1所示為5G技術(shù)與其余幾代通信技術(shù)核心技術(shù)和技術(shù)能力的比較[5]。

由表1可知，從1G到2G的技術(shù)躍遷，實(shí)現(xiàn)了模擬通信到數(shù)字通信的轉(zhuǎn)變，從2G到3G的躍遷，實(shí)現(xiàn)了語音業(yè)務(wù)到數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)變，從3G到4G的技術(shù)躍遷，更是刺激了互聯(lián)網(wǎng)+行業(yè)的發(fā)展，加速人與人之間的聯(lián)系，促進(jìn)了多個(gè)行業(yè)的發(fā)展，而5G技術(shù)是應(yīng)移動(dòng)數(shù)據(jù)流量暴漲的要求，加速流量傳輸速率，為人類提供更極致的數(shù)據(jù)服務(wù)。5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用的意義重大，根據(jù)專家預(yù)測(cè)，其對(duì)消費(fèi)模式、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、行業(yè)發(fā)展、人們?nèi)粘Ｉ钣绊懚际恰案锩浴钡模源龠M(jìn)直接、間接及相關(guān)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)增長來看，預(yù)計(jì)到2030年，其對(duì)GDP直接貢獻(xiàn)和間接貢獻(xiàn)總和近4萬億元，對(duì)相關(guān)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)（如運(yùn)營商等）貢獻(xiàn)總和近3.2萬億元[6]。不僅如此，隨著該項(xiàng)技術(shù)的不斷發(fā)展和對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的廣泛滲透，其商用進(jìn)程的深化將成為創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)類型、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、推進(jìn)供給側(cè)改革的新驅(qū)動(dòng)。

1.3 關(guān)鍵技術(shù)

本文對(duì)高頻段傳輸技術(shù)、大規(guī)模MIMO技術(shù)、同時(shí)同頻全雙工技術(shù)等5G關(guān)鍵技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)、技術(shù)優(yōu)勢(shì)及技術(shù)挑戰(zhàn)進(jìn)行總結(jié)，其結(jié)果如表2所示。

表2 主要關(guān)鍵技術(shù)表

2 5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

2.1 5G技術(shù)應(yīng)用挑戰(zhàn)

相比4G技術(shù)，各項(xiàng)指標(biāo)的高性能對(duì)5G提出了挑戰(zhàn)，如表3所示。

2.2 5G技術(shù)應(yīng)用關(guān)鍵

目前，在5G應(yīng)用的過程中，其最為關(guān)鍵技術(shù)就是軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Softuare Defined Network，SDN）技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（Network Functions Virtualization，NFV），這兩項(xiàng)技術(shù)可極大促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)化、智能化發(fā)展。SDN技術(shù)可使得網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)據(jù)平面和控制平面分離，故能夠推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)智能化發(fā)展。應(yīng)用SDN技術(shù)，能夠改變?cè)性O(shè)備的專用特性，讓網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)現(xiàn)通用兼容。應(yīng)用NFV技術(shù)可構(gòu)建虛擬網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，將MME、S/P-GW、PCRD、DU等從網(wǎng)絡(luò)硬件中解耦，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)平面的編程。SDN技術(shù)和NFV技術(shù)的有效應(yīng)用能夠改變?cè)芯W(wǎng)絡(luò)設(shè)備的專用特性，降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)難度，使其向通用、商用發(fā)展，提高網(wǎng)絡(luò)靈活性。

2.3 5G應(yīng)用發(fā)展目標(biāo)

SDN技術(shù)可應(yīng)用于智能化網(wǎng)絡(luò)調(diào)度，即采用控制轉(zhuǎn)發(fā)分離和路由集中計(jì)算，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)靈活、智能調(diào)度和網(wǎng)絡(luò)能力的開放。

NFV技術(shù)可應(yīng)用于電信云的部署，采用IT通用服務(wù)器構(gòu)建資源池，使得電信設(shè)備軟硬解耦，以軟件形成電信云，并支撐內(nèi)容分發(fā)、邊緣計(jì)算等。

除此之外，協(xié)同編排器技術(shù)可應(yīng)用于自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)編排管理，即實(shí)現(xiàn)跨領(lǐng)域、端到端、全網(wǎng)資源、網(wǎng)元和流量流向的管理編排與調(diào)度。

2.4 5G技術(shù)應(yīng)用策略

在5G技術(shù)組網(wǎng)的過程中經(jīng)常遇到各種各樣的問題，包括4G與5G網(wǎng)絡(luò)的融合、信令網(wǎng)的設(shè)置等問題，針對(duì)這些問題，本文提出相關(guān)建議。

關(guān)于組網(wǎng)的問題，在4G/5G網(wǎng)元融合與5G網(wǎng)元分層部署的過程中，可采用GW-C/SM、GW-U/UPF合設(shè)的方式。GW-C/SM是采用集中部署的方式，便于后期進(jìn)行管理，而GW-U/UPF可根據(jù)不同場景需求集中和下沉部署[7]。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況采用合設(shè)的方式，控制面集中，用戶面分布，按照需求進(jìn)行部署，統(tǒng)一管理，以降低運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運(yùn)營建設(shè)成本。

4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時(shí)需要信令網(wǎng)，那么5G建設(shè)的過程中是否需要建立信令網(wǎng)，4G的信令網(wǎng)又該如何演進(jìn)。目前5G國內(nèi)信令網(wǎng)需求正在分析中，但因NFV技術(shù)的引入，5G網(wǎng)元連接存在實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整可能。

針對(duì)5G會(huì)話綁定方案、5G策略反饋機(jī)制的設(shè)置，本文建議使用SMF中或UDR中的綁定數(shù)據(jù)。

針對(duì)5G網(wǎng)管架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)和切片編排管理方面的問題，本文建議采用切片的管理架構(gòu)，其切片管理架構(gòu)如圖1所示[8]。

圖1 切片管理架構(gòu)

3 結(jié) 論

本文基于5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)的探討，對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用進(jìn)行了初步分析，并對(duì)5G組網(wǎng)及5G與4G的兼容問題提出相關(guān)建議。在5G發(fā)展的基礎(chǔ)上，應(yīng)該加快網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型，對(duì)新型電子云、網(wǎng)絡(luò)管理編排系統(tǒng)做好提前預(yù)案；鑒于新核心網(wǎng)的巨大變化，應(yīng)著手發(fā)展與其相適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)；逐步改變4G兼容接入5G的模式，轉(zhuǎn)變?yōu)榻y(tǒng)一的5G核心網(wǎng)；構(gòu)建全面的網(wǎng)絡(luò)軟件化、自動(dòng)化、服務(wù)化編排管理體系；大力發(fā)展切片化、低延時(shí)、大流量的新型承載傳輸網(wǎng)絡(luò)。希望通過本文的分析研究能夠?qū)ζ浜罄m(xù)完善與發(fā)展提供有益參考。