5G移動網絡關鍵技術與應用

王宏利

（中通服咨詢設計研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引 言

據統計，2015年5月—2020年5月，我國出臺有關5G研發與應用推廣的政策文件多達22項。隨著時間的推移和5G技術的不斷完善，其在不遠的將來必會滲透到社會各個領域，為人們提供“全方位的信息生態”[1]。在5G概念系統中，關鍵技術和關鍵技術能力雖可充分展示其技術特征與突出優勢，但不能直接涵蓋技術應用面臨的挑戰。如果說關鍵技術和關鍵技術能力是5G概念的支持體系，那么技術所面臨的挑戰與具體應用則是應用中必須要考慮的問題。基于此，本文將對5G移動網絡關鍵技術與技術能力進行分析，并在此基礎上分析其應用問題。

1 5G移動網絡關鍵技術

1.1 內涵發展

目前，5G代表第五代移動通信技術，具有高速率、低時延和大連接等特點，其在國際上暫無統一的概念，通常需要借助于相關關鍵技術與關鍵技術能力對其內涵與外延進行界定[2]。5G移動網絡技術本質就是數據傳輸技術，其可在6 GB以上的高頻段中以每秒1 GB以上的速度完成數據傳輸。根據國際電信聯盟對5G技術的3大類應用場景可知，其可增強移動寬帶、超高可靠低時延通信和海量機器類通信，以滿足人類在生活、生產等方面的需求。在數據傳輸的過程中，其峰值速率要達到10～20 GB/s，以滿足人民對數據傳輸的需求[3]。根據移動網絡聯盟發出的相關規范可知，5G技術的使用案例需要滿足低延遲、高信令效率、高覆蓋率、強頻譜效率、十萬以上并發連接量、局域網1 Gb/s傳輸率、廣域范圍10 Gb/s傳輸率等要求。目前，5G技術已廣泛應用于工業、車聯網及自動駕駛、能源、教育、醫療、金融等多個領域[4]。

1.2 技術優勢

多年來，移動通信技術延續著每十年更新一代技術的發展規律，已經經歷了1G、2G、3G、4G四代的發展，其每一次代際的躍遷，每一次技術的進步，都會刺激全球的金融、醫療、能源等多個產業的升級，促進經濟全球化發展，如表1所示為5G技術與其余幾代通信技術核心技術和技術能力的比較[5]。

由表1可知，從1G到2G的技術躍遷，實現了模擬通信到數字通信的轉變，從2G到3G的躍遷，實現了語音業務到數據業務的轉變，從3G到4G的技術躍遷，更是刺激了互聯網+行業的發展，加速人與人之間的聯系，促進了多個行業的發展，而5G技術是應移動數據流量暴漲的要求，加速流量傳輸速率，為人類提供更極致的數據服務。5G移動網絡技術應用的意義重大，根據專家預測，其對消費模式、產業結構、行業發展、人們日常生活影響都是“革命性”的，以促進直接、間接及相關經濟活動增長來看，預計到2030年，其對GDP直接貢獻和間接貢獻總和近4萬億元，對相關經濟活動（如運營商等）貢獻總和近3.2萬億元[6]。不僅如此，隨著該項技術的不斷發展和對經濟社會的廣泛滲透，其商用進程的深化將成為創新產業類型、優化產業結構、推進供給側改革的新驅動。

1.3 關鍵技術

本文對高頻段傳輸技術、大規模MIMO技術、同時同頻全雙工技術等5G關鍵技術的技術特點、技術優勢及技術挑戰進行總結，其結果如表2所示。

表2 主要關鍵技術表

2 5G移動網絡關鍵技術應用

2.1 5G技術應用挑戰

相比4G技術，各項指標的高性能對5G提出了挑戰，如表3所示。

2.2 5G技術應用關鍵

目前，在5G應用的過程中，其最為關鍵技術就是軟件定義網絡（Softuare Defined Network，SDN）技術和網絡功能虛擬化（Network Functions Virtualization，NFV），這兩項技術可極大促進網絡數據化、智能化發展。SDN技術可使得網絡設備的數據平面和控制平面分離，故能夠推進網絡智能化發展。應用SDN技術，能夠改變原有設備的專用特性，讓網絡設備實現通用兼容。應用NFV技術可構建虛擬網絡架構，將MME、S/P-GW、PCRD、DU等從網絡硬件中解耦，實現數據平面的編程。SDN技術和NFV技術的有效應用能夠改變原有網絡設備的專用特性，降低網絡建設難度，使其向通用、商用發展，提高網絡靈活性。

2.3 5G應用發展目標

SDN技術可應用于智能化網絡調度，即采用控制轉發分離和路由集中計算，實現網絡靈活、智能調度和網絡能力的開放。

NFV技術可應用于電信云的部署，采用IT通用服務器構建資源池，使得電信設備軟硬解耦，以軟件形成電信云，并支撐內容分發、邊緣計算等。

除此之外，協同編排器技術可應用于自動化網絡編排管理，即實現跨領域、端到端、全網資源、網元和流量流向的管理編排與調度。

2.4 5G技術應用策略

在5G技術組網的過程中經常遇到各種各樣的問題，包括4G與5G網絡的融合、信令網的設置等問題，針對這些問題，本文提出相關建議。

關于組網的問題，在4G/5G網元融合與5G網元分層部署的過程中，可采用GW-C/SM、GW-U/UPF合設的方式。GW-C/SM是采用集中部署的方式，便于后期進行管理，而GW-U/UPF可根據不同場景需求集中和下沉部署[7]。根據現場實際情況采用合設的方式，控制面集中，用戶面分布，按照需求進行部署，統一管理，以降低運營商網絡建設和運營建設成本。

4G網絡建設時需要信令網，那么5G建設的過程中是否需要建立信令網，4G的信令網又該如何演進。目前5G國內信令網需求正在分析中，但因NFV技術的引入，5G網元連接存在實時動態調整可能。

針對5G會話綁定方案、5G策略反饋機制的設置，本文建議使用SMF中或UDR中的綁定數據。

針對5G網管架構、網絡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，其切片管理架構如圖1所示[8]。

圖1 切片管理架構

3 結 論

本文基于5G移動網絡關鍵技術的探討，對其關鍵技術的特點及應用進行了初步分析，并對5G組網及5G與4G的兼容問題提出相關建議。在5G發展的基礎上，應該加快網絡轉型，對新型電子云、網絡管理編排系統做好提前預案；鑒于新核心網的巨大變化，應著手發展與其相適應的網絡管理系統；逐步改變4G兼容接入5G的模式，轉變為統一的5G核心網；構建全面的網絡軟件化、自動化、服務化編排管理體系；大力發展切片化、低延時、大流量的新型承載傳輸網絡。希望通過本文的分析研究能夠對其后續完善與發展提供有益參考。