5G技術(shù)對移動通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方式的影響

胡麗英

（常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 常州 213164）

1 5G技術(shù)發(fā)展的主要概述

2009年，5G通信技術(shù)開始初步探索。華為發(fā)起研究并進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)可以分為3個階段性。第一階段是5G關(guān)鍵技術(shù)。第二階段是5G技術(shù)方案驗(yàn)證。第三階段是5G系統(tǒng)驗(yàn)證。2012年，該研究項(xiàng)目受到了全球性的關(guān)注。2015年，國際電信聯(lián)盟（ITU）正式承認(rèn)這個研究項(xiàng)目，5G技術(shù)的研究工作從此進(jìn)入了正規(guī)的渠道。2016-2018年，三個技術(shù)性階段被提出，并與世界接軌，展現(xiàn)了自身的商業(yè)價值。2016年，首屆“建設(shè)5G技術(shù)生態(tài)”主題會議呈現(xiàn)在大眾的視野中。在此次會議上，我國與歐美國家合作，并展現(xiàn)了較強(qiáng)的合作機(jī)制。5G技術(shù)應(yīng)用屬于一種趨勢，只有在市場中搶占先機(jī)，才能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與社會效益的“雙豐收”。此外，移動通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)組成主要是使用核心網(wǎng)（NGRAN）與接入網(wǎng)（5GC）實(shí)現(xiàn)的業(yè)務(wù)對接與客戶需求數(shù)據(jù)對接[1]。在核心網(wǎng)建設(shè)和接入網(wǎng)建設(shè)、業(yè)務(wù)網(wǎng)建設(shè)的基礎(chǔ)上，展現(xiàn)現(xiàn)代化的發(fā)展需求，滿足用戶的個性化需要。

2 5G移動通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)

5G三大應(yīng)用場景和八大關(guān)鍵能力指標(biāo)得到了國際電信聯(lián)盟的重新定義，完成了應(yīng)用與能力指標(biāo)的轉(zhuǎn)變。此外，5G的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和空口關(guān)鍵技術(shù)為5G時代網(wǎng)絡(luò)建設(shè)帶來了極致的轉(zhuǎn)變契機(jī)。因此，影響5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方式的主要技術(shù)可以分為如下5種。

第一，云化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。此種技術(shù)屬于新的應(yīng)用場景與關(guān)鍵指標(biāo)，技術(shù)上使用的是SDN技術(shù)或者是NFV技術(shù)[2]。這進(jìn)一步推進(jìn)了5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的發(fā)展。在未來的發(fā)展道路中，將會實(shí)現(xiàn)網(wǎng)功能的重構(gòu)，邏輯功能的聚集，滿足“三朵云”架構(gòu)的進(jìn)一步延伸，如圖1所示。從接入平面的角度看，可以實(shí)現(xiàn)多站點(diǎn)協(xié)作的方式，也可以完成連接的機(jī)制與多種技術(shù)融合的機(jī)制，展現(xiàn)了更為強(qiáng)大的靈活性。從控制平面的角度看，需要按照需求進(jìn)行連接或者移動會話，在精細(xì)化資源的基礎(chǔ)上，完成全面的開發(fā)。從轉(zhuǎn)發(fā)平面的角度看，分布式的轉(zhuǎn)發(fā)形式與數(shù)據(jù)處理方式，可以在實(shí)時性的基礎(chǔ)上，構(gòu)建錨點(diǎn)，加強(qiáng)業(yè)務(wù)處理的多元化方式[3]。

因此，5G通信網(wǎng)絡(luò)是在4G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上進(jìn)行構(gòu)建的，云化架構(gòu)可以幫助5G核心網(wǎng)完成對應(yīng)的承載和控制分離工作，最終轉(zhuǎn)變RAN，讓核心網(wǎng)中的一些網(wǎng)元，下沉到用戶層的層面上[4]，具體如圖2所示。

圖1 “三朵云”架構(gòu)

圖2 4G和5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的對比

第二，邊緣計(jì)算功能。從邊緣計(jì)算的角度看，即MEC，可以把運(yùn)營商與第三方業(yè)務(wù)的位置更加接近用戶的附著接入點(diǎn)，以降低時間的延遲性，提升業(yè)務(wù)效率。邊緣計(jì)算的優(yōu)勢如下，（1）網(wǎng)絡(luò)延遲性小，傳輸速度快，降低了運(yùn)營成本；（2）用戶得到的響應(yīng)快，可以再結(jié)合無線網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)性，提高用戶體驗(yàn)；（3）第三方可以在原有的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新業(yè)務(wù)部署形式，加強(qiáng)商業(yè)模式。DC機(jī)房可以成為5G時代中的網(wǎng)絡(luò)中心。

第三，網(wǎng)絡(luò)切片能力。5G網(wǎng)絡(luò)所需要的支持方式不盡相同，如eMBB、URLLC和mMTC等業(yè)務(wù)場景[5]。隨著時代的發(fā)展，單一的網(wǎng)絡(luò)并不能滿足現(xiàn)代化業(yè)務(wù)的需求，此時網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)就呈現(xiàn)到了大眾的視野中。在統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)化的基礎(chǔ)上，構(gòu)建不同的邏輯網(wǎng)絡(luò)，提高業(yè)務(wù)能力，展現(xiàn)個性化的用戶需求，具體如圖3所示。

第四，超密集組網(wǎng)。5G數(shù)10 Gb每秒的峰值速率，如果使用3 GHz以下頻段，是很難滿足的，需要使用更高的段位進(jìn)行匹配。因此，就需要秉承科學(xué)發(fā)展觀的主要思想，在原有的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新形式，使用C-band或者是毫米波頻段對5G技術(shù)進(jìn)行有效的部署[6]。

第五，大規(guī)模天線、規(guī)模MIMO技術(shù)，被稱為大型天線系統(tǒng)，可以提高5G通信系統(tǒng)的分辨率，將空間維度上的各種資源進(jìn)行充分的使用。此外，該技術(shù)還可以把信息傳輸?shù)较到y(tǒng)中的波束中，并將這些波束集中在同一個空間中，以降低外在因素的干擾。5G移動通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)上還存在很多種類型，如多載波技術(shù)、雙工技術(shù)及D2D技術(shù)等。這些技術(shù)的發(fā)展為5G移動通信技術(shù)的發(fā)展提供了良好的發(fā)展前景，實(shí)現(xiàn)了萬物互聯(lián)、生活云端化及智能交互等主要內(nèi)容。

圖3 5G網(wǎng)絡(luò)的不同業(yè)務(wù)場景

3 云化架構(gòu)改變5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方式

3.1 網(wǎng)絡(luò)軟件化

5G主要使用的是SDN/NFV的云化架構(gòu)形式，可以在硬件+軟件的基礎(chǔ)上，完成5G網(wǎng)絡(luò)能力的構(gòu)建與實(shí)施。目前，SDN/NFV的構(gòu)建相比之下復(fù)雜程度較高。預(yù)計(jì)到2020年，SDN/NFV可以將復(fù)雜的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)楹唵我锥慕Y(jié)構(gòu)，讓網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)與5G得到有效的融合性發(fā)展。此外，中國移動還使用全軟件化的核心技術(shù)對5G進(jìn)行核心網(wǎng)的實(shí)施與構(gòu)建，具體如圖4所示。

圖4 全軟件化的核心網(wǎng)

3.2 設(shè)備邊緣化

5G云化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和邊緣計(jì)算功能中，需要把NGCN進(jìn)行分開，主要是New Core和MEC組建而成的。New Core屬于省級核心DC的范疇。MEC屬于城域DC的范疇，有時也可以是邊緣DC的范疇。5G RAN可以在長期的潛移默化過程中，轉(zhuǎn)變?yōu)镃U、DU及AAU三級[7]。同時，需要的配套設(shè)置的需求也上升了一個重要的臺階，具體如圖5所示。

圖5 設(shè)備邊緣化

4 5G技術(shù)對移動通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方式的影響

4.1 基站小微化

新形勢下，5G超密集組網(wǎng)需要使用密集化的方式，完成對應(yīng)的站點(diǎn)部署工作。這可以加大系統(tǒng)的容量，增加覆蓋面積，降低干擾，協(xié)調(diào)城市發(fā)展。在空間的限制上，實(shí)施基站小型化、微型化的發(fā)展方向。5G時代在更新發(fā)展的過程中，還需要對4G時代的局部區(qū)域進(jìn)行更新，提高對應(yīng)的覆蓋面積，優(yōu)化對應(yīng)的城市需求。在戰(zhàn)略的基礎(chǔ)上，實(shí)施“桿站”資源的有效利用，具體如圖6所示。

圖6 不同社會“桿站”資源

4.2 天面密集化

5G技術(shù)一般不會出現(xiàn)大面積的天線現(xiàn)象。頻率越高，天線越小。此外，C-band頻段與100 MHz帶寬的64T64R天線尺寸或者重量，全部與4G天線相差無幾。未來，5G技術(shù)天面所面臨的挑戰(zhàn)，更多是空間上的限制。然后，2G/3G/4G交融時，需要使用4扇區(qū)以上的設(shè)計(jì)，以提高單站的有效容量。共享鐵塔的設(shè)計(jì)，需要在新型天線形態(tài)上，解決對應(yīng)的部署問題，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模天線的性能與工程之間的可行性探究。

4.3 室分?jǐn)?shù)字化

從2G/3G時代開始就有了傳統(tǒng)無源室分系統(tǒng)，主要的作用是為用戶提供對應(yīng)的語音業(yè)務(wù)和基本上網(wǎng)業(yè)務(wù)。4G時代到來后，智能手機(jī)呈現(xiàn)到了大眾的面前。因此，對應(yīng)的數(shù)據(jù)流量需求與視頻畫面需求也上升到了一個重要的臺階。在4.5G和5G轉(zhuǎn)變的過程中，單用戶的數(shù)據(jù)接收量也達(dá)到了50～100 Mb/s。這時，每個人平均的DOU，就可以到達(dá)大于10 GB的境界。此外，2G/3G時代所使用的傳統(tǒng)室已經(jīng)不能順應(yīng)現(xiàn)代化的發(fā)展需求，也不能與5G系統(tǒng)進(jìn)行有效的融合。因此，需要結(jié)合自身的實(shí)際情況，順應(yīng)時代的發(fā)展趨勢，不斷進(jìn)行構(gòu)建與延伸。其中，數(shù)字化就是5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建室內(nèi)覆蓋的主要方案之一。在科學(xué)的理論指導(dǎo)下，使用光纖、網(wǎng)線等，代替饋線、無源器件等進(jìn)行傳輸，以降低對應(yīng)的干擾性。第一，業(yè)務(wù)分布上，室內(nèi)是完成移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的主要場所。第二，業(yè)務(wù)需求上，需要實(shí)現(xiàn)100 Mb/s隨時隨地的5G業(yè)務(wù)需求。第三，頻譜應(yīng)用需要在C-band基礎(chǔ)上，完成5G普遍深度覆蓋。第四，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)需要在現(xiàn)有基礎(chǔ)上完成5G網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)。第五，要想提高運(yùn)維效率，需要提高覆蓋可視、干擾可視及話務(wù)可視等內(nèi)容。第六，業(yè)務(wù)多元化需要在室內(nèi)精準(zhǔn)位置LBS業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上不斷延伸。第七，各運(yùn)營商、OTT廠家等已經(jīng)開始加強(qiáng)室內(nèi)數(shù)字化技術(shù)的轉(zhuǎn)化。第八，數(shù)字化室需要在網(wǎng)線/光纖化的基礎(chǔ)上，不斷演進(jìn)，夯實(shí)4G體驗(yàn)，并提前預(yù)埋5G演進(jìn)能力。

5 5G對承載網(wǎng)提出重構(gòu)需求

第一，需要滿足大帶寬與低時延需求。5G技術(shù)需要在更高的頻段、更寬頻譜技術(shù)上進(jìn)行提升。此外，5G承載網(wǎng)的接入上，匯聚層的發(fā)展上，需要超過50 Gb/s以上的速率才可以滿足現(xiàn)代化的發(fā)展需求。核心網(wǎng)則需要更高的速率接口，需要在100 Gb/s以上。因此，AAU到DU之間的前傳帶寬估值具體如表1所示。

表2為回傳或者是CU-DU傳輸帶寬估值表。

表1 AAU到DU之間的前傳帶寬估值表

表2 回傳或者是CU-DU傳輸帶寬估值表

從表1、表2可知，傳統(tǒng)理念下的4G承載網(wǎng)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代化的發(fā)展需求，需要重新構(gòu)建，屬于技術(shù)性難題。

第二，需要滿足低時延需求。5G網(wǎng)絡(luò)端的ITU要求是需要保持在毫秒級的水平線上，即保持在延約250 μs的水平上，中轉(zhuǎn)需求需要保持在1.5～10 ms[8]。由樹形組網(wǎng)代替原有的環(huán)形組網(wǎng)，以降低延遲性，提高耐受性。

第三，需要滿足網(wǎng)絡(luò)切片需求。5G技術(shù)需要的網(wǎng)絡(luò)需求較為明顯，eMBB、uRLLC及mMTC展現(xiàn)了較強(qiáng)的差異性，此時就需要在科學(xué)理論指導(dǎo)下，根據(jù)不同的需求與業(yè)務(wù)選擇適合實(shí)際情況的主要傳輸方案。此外，5G對光纜網(wǎng)產(chǎn)生巨大影響，需要在全面覆蓋的基礎(chǔ)上，轉(zhuǎn)變光纜網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

6 結(jié) 論

隨著社會的進(jìn)步，5G網(wǎng)絡(luò)的高頻組網(wǎng)與新空口的設(shè)計(jì)等發(fā)生了重要的轉(zhuǎn)變。因此，5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)就需要秉承科學(xué)發(fā)展觀的主要思想，向著小微化、數(shù)字化的發(fā)展方向進(jìn)行延伸。5G技術(shù)對核心網(wǎng)建設(shè)、接入網(wǎng)建設(shè)、業(yè)務(wù)網(wǎng)建設(shè)、基站建設(shè)等都產(chǎn)生了重要的影響，故需要在4G網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，研究如何降低資源的浪費(fèi)情況，完成5G網(wǎng)絡(luò)的完美過渡。