淺談5G網絡新技術及核心網架構

孟祥臣

摘 要：伴隨信息網絡技術的不斷發展，移動網絡新技術的廣泛應用，移動互聯網通信逐步從2G、3G走向了4G、5G。5G移動網絡技術作為正在試驗階段的移動通信技術，無論是在關鍵技術方面還是核心網架構方面，都較之前的通信網絡在性能方面有了很大提升。本文將從5G技術入手，分析5G網絡中涉及到的部分新技術，然后分析其核心網架構，旨在為相關人員提供參考。

關鍵詞：5G；網絡技術；核心網架構

引言

5G網絡是未來科技時代的代名詞，目前國際上對5G網絡科研工作正在如火如荼的進行。我國政府部門也加強了對網絡科技的研究工作，想要先一步完成5G網絡的建設。為了向世界展現我國的科技水平和綜合實力，信號站及試驗站的建立已經開始，不久我們將迎來真正的5G時代。那么促進5G網絡的發展，加強5G網絡的新技術和核心網架構的研究非常必要。

1 5G概述

5G即第五代移動通信技術，是適應未來移動通信要求而開發的新一代移動通信標準，根據通信標準的發展規律，5G將具有更高的頻譜效率和能量效率，在數據速率和無線資源利用效率等方面將比第四代移動通信技術標準提高一個或多個量級，其小區覆蓋范圍、數據傳輸時延、服務質量和網絡安全也將達到一個更高的檔次。5G通信標準將和多種其他移動通信技術結合，構成新一代移動信息網絡架構標準，滿足用戶未來越來越高的流量需求、服務質量需求以及安全性要求。5G通信標準的使用覆蓋范圍也將進一步放大，對多種多個傳感設備的支持和對設備與設備之間通信支持將成為標準設計的重要一環，不僅如此，5G通信標準還必須擁有良好的魯棒性，具有網絡自配置、自優化、自治愈等能力，從而能更好的面對網絡部署環境的變化并且降低人力成本。

5G標準要求的提高帶來的是移動通信網絡的部署和維護復雜度的進一步增加，在網絡組織階段需要計算和分析的要素越來越多，主要包括：規劃、選址、測試、前期及后期優化、性能監控、故障檢測與修復等，目前網絡結構呈現高復雜性和多樣性，多種接入技術的同時應用、異構網絡中的干擾、小功率基站（如天線節點、Pico基站等）的密集部署都會在不同程度上影響到網絡的運行；無線網絡資源的分配和管理復雜程度越來越高，需要綜合考慮空、時、頻、功率四種維度下的資源分配情況，在用戶接入數量和業務質量需求不斷提高的情況下，如何權衡無線網絡資源分配過程的復雜度和精確度將成為未來網絡部署的重大挑戰。可以預見，未來的無線通信網絡會越來越復雜，用戶對無線網絡所提供服務質量變化感知會愈加敏感，各類的業務需求的變化會愈加頻繁，這些都將對網絡的性能提出更高的要求，網絡只有能夠自適應地滿足用戶的各類業務需求，才能夠保障用戶優質的服務體驗，才能保證用戶的忠誠性和避免用戶的流失。

2 5G網絡新技術

2.1超密集組網技術

超密集組網技術，主要基于超密集異構網絡，宏微協同和高低頻段協作組網，利用宏站與微站，低頻與高頻的各自優勢，提升系統性能。其關鍵技術主要有：基于與無線接入鏈路的資源管理和干擾控制、鏈路設計的無線fronthaul/backhaul技術；基于自適應分簇及簇自適應調整、數據分發選擇、分布式資源管理的虛擬化技術；基于Small cell同步與發現增強及干擾測量增強的干擾識別技術等。超密集異構網絡架構由于節點間距離小，越發密集的網絡部署將使得網絡拓撲更加復雜，從而容易出現與現有移動通信系統不兼容、同頻干擾、共享頻譜資源干擾、不同覆蓋層次間的干擾等問題。需要采用一系列措施來保障系統性能。

1.2 M2M技術

M2M技術即機器類型通信，是相對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技術的應用場景很多，業務都有各自不同的業務特點，需要建立M2M通用的業務模型。其研究的核心技術包括，解決海量終端接入問題的網絡接入與擁塞控制；適配多種不同業務的分層調制技術及小數據包編碼技術；提升效率的頻譜自適應及多址技術；不用時刻與網絡保持同步的異步通信技術；減少開銷，提升靈活性的高效調度技術等。

1.3高級調制編碼技術

無線資源變得越來越緊張，為了更加高效的利用有限的通信資源實現高吞吐率、高頻譜效率和高服務質量的無線傳輸，需要更高頻譜效率的調制編碼技術，如：波分編碼傳輸技術（OVTDM）、調頻QAM（FQAM）等。OVTDM技術中的波形代表不同信息，編碼輸出呈現高斯分布，相同誤碼率下所需SNR比MQAM低；FQAM技術利用FSK和QAM疊加，增加星座點密度，提高頻譜效率，并通過改變干擾的統計分布，達到對干擾信號進行設計的目的。

2 5G移動通信技術核心網架構

傳統的核心網協議棧，在數據傳輸的過程中通過IP匹配，從而使用為IP預留的專用承載，針對終端或者會話的承載建立方式在終端離線后會刪除，終端重新連接之后如果想建立專用承載必須由P-GW或者終端觸發專用承載建立的過程，重復建立的過程。為了滿足5G萬物互聯的需求，技術人員致力于對貫穿于5G網絡的基站、核心網、編排管理、傳輸等各部分的實現。對于核心網而言，基于傳統CT思維的設計模式顯然已經不足以面向未來。因此，5G核心網有了更方便更靈活引入垂直行業的架構，即基于服務化的架構Service Based Architecture，簡稱SBA。

5G核心網架構與傳統核心網架構的顯著區別在于：控制面網絡功能摒棄傳統的點對點通訊方式，采用統一的基于服務化架構和接口；控制面與媒體面分離；移動性管理與會話管理解耦；核心網對接入方式不感知，各種接入方式都通過統一的機制接入網絡。

服務化架構是5G核心網區別于傳統核心網的顯著差異，5G核心網服務化架構四大特征如下：第一，傳統網元被逐漸拆分實現了軟硬件解耦，軟件部分被稱為網絡功能。這些網絡功能相互之間解耦，具備獨立升級、獨立彈性的能力，具備標準接口與其他網絡功能服務互通，并且可通過編排工具根據不同的需求進行編排和實例化部署；第二，網絡功能服務管理自動化網絡功能被拆分成多個網絡功能服務，5G核心網的網絡功能服務需要能夠做到自動化管理，NRF就是這樣的一個網絡功能；第三，網絡通信路徑優化傳統核心網的網元之間有著固定的通訊鏈路和通訊路徑。5G核心網服務化架構下，各網絡功能服務之間可以根據需求任意通訊，極大地優化了通訊路徑；第四，5G核心網架構下的網絡功能服務間通訊機制進一步解耦為生產者和消費者模式，生產者發布相關能力，并不關注消費者是誰，在什么地方。5G核心網架構是對傳統網絡架構的重大改革，具備開放、解耦、可編排等優勢，將會是未來物聯網發展的重要技術支持。

結束語

目前關于5G的研究還處于驗證階段，但是其技術方向已經逐漸清晰，隨著超密集網絡、高頻通信、新型化扁平化網絡架構等技術研究的完成，5G技術將突破現有瓶頸，開創移動通信互聯的新篇章。未來5G網絡的發展將真正走向開放化、服務化、軟件化方向，將實現5G與垂直行業的融合發展。

參考文獻：

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