面向5G通信網絡傳輸承載方案的探討

劉長軍

（公誠管理咨詢有限公司，廣州 510610）

從自20世紀70年代以來，移動通信的飛躍式發展徹底改變了政治、經濟及社會生活、工作模式，而追求性能更高的移動通信網絡是整個人類社會的共同愿景。2012年11月，歐盟METIS項目正式啟動，其研究的是5G移動通信網絡，之后歐盟5G-PPP科研項目也相繼開啟，其目的是推動歐盟5G研究進展及鞏固歐盟的主導地位。在中國，于2013年成立IMT-2020推進組，目的是與亞洲的5G科研力量協同推進5G 技術的發展。據此，在世界范圍內的移動通信領域，5G都是研究的熱點話題。下面，筆者首先概述5G網絡，然后從扁平化IP網絡、納米核心網的角度探究5G網絡架構。

1 5G概述

5G網絡架構處理中，電信運營商需要根據用戶需求對工作頻段進行拓寬處理，傳統100MHz-3GHz已經無法滿足當下時代需求。受技術水平限制，對應過高頻率的數據無法實現良好的長距離、高質量傳輸，衰減作用較為顯著，需要引起業內學者的關注。為此，大數據環境下5G在天線技術上會有所突破，其中包括大量的MIMO（多輸入多輸出）技術和新型傳輸波形技術的使用，其目的是并行發送無線電信號的同時還使得能量集中在一個特定方向。國內各行業發展迅速，均離不開大數據網絡體系建設的輔助。如事業單位借助先進的設備、高速處理速度實現工作內容的大容量存儲、高效處理的目的。整體互聯技術的重要性不斷提升，5G技術的發展需要充分滿足國內網絡技術的需求，加強信息化建設的合理性、高效性是必然趨勢。

表1是5G與4G網絡在技術上的對比。

表1 5G與4G技術對比

結合表1，5G網絡的出現使信息通信不再受時空限制，且人與物的距離得以大幅度縮短及人與萬物皆可實現互聯互通。

1.1 5G應用場景

到2020年，物聯網的應用預計會廣泛普及到運動健身、車載娛樂、移動醫療、智慧城市及智能電網中，且5G網絡可為移動游戲、超清視頻及虛擬現實等應用服務提供技術支持，而此類移動交互式應用在無線接入帶寬、通信延遲方面的要求很高。在急救人員跟蹤、入侵監測、無人機遠程監測及緊急語音通話等公共安全領域，5G通信要求實現高可靠、零延遲的標準。

1.2 用戶終端的需求

5G網絡面向的是圍繞終端用戶的通信服務，因此用戶體驗是需要關注的焦點。到2020年，要求5G網絡面向在線游戲、云存儲、增強現實及超高清視頻等業務提供遠超現有網絡的無感知延時及無線接入帶寬；要求在發生病疫、戰爭及自然災害等時提供高效的應急通信服務；要求在飛機、高鐵等高速移動實體中提供優質的移動性支持，同時提供娛樂、郵件收發及實時網絡接入等服務。從目前的情況來看，社會越發重視能耗與能量利用效率的問題，因此無限降低執行網絡功能時的能耗至關重要，據此要求5G支持綠色環保、低功耗的移動通信網絡。

2 5G網絡核心架構及承載方案

5G 網絡架構處理中，電信運營商需要根據用戶需求對工作頻段進行拓寬處理，傳統100MHz-3GHz 已經無法滿足當下時代需求。受技術水平限制，對應過高頻率的數據無法實現良好的長距離、高質量傳輸，衰減作用較為顯著，需要引起業內學者的關注。為此，大數據環境下5G 在天線技術上會有所突破，其中包括大量的MIMO（多輸入多輸出）技術和新型傳輸波形技術的使用，其目的是并行發送無線電信號的同時還使得能量集中在一個特定方向。國內各行業發展迅速，均離不開大數據網絡體系建設的輔助。如借助先進的設備、高速處理速度實現工作內容的大容量存儲、高效處理的目的。整體互聯技術的重要性不斷提升，5G技術的發展需要充分滿足國內網絡技術的需求，加強信息化建設的合理性、高效性是必然趨勢。另一方面，5G 關鍵技術分析中需要注重下述幾點。第一、超密集異構網絡。5G 網絡是一種利用宏站與低功率小型化基站（Micro-BS，Pico-BS，Femto-BS）進行覆蓋的融WiFi，4G，LTE，UMTS 等多種無線接入技術混合的異構網絡。將Macro 作為網絡的基石，icocell，Femtocell 和Relay 等低功率基站則用來消除只有Macrocell 時的覆蓋盲區，能有效分擔宏蜂窩的負擔，提供低時延、高可靠的用戶體驗。超密集異構網絡可以使功率效率，頻譜效率得到大幅提升，但是也不可避免的引入了一些問題。第二、大規模MIMO 技術，借助天線陣列等進行處理，保證相同時段的資源合理分配，實現良好的頻譜效率控制、傳輸性能提升明顯。多天線技術可以限制波束控制在小范圍空間內，避免干擾效應導致的發射功率偏低，整體自由空控制管理水平良好，增加了信道反應的精準性，整體空間占用少、處理效果明顯提升。

2.1 扁平化IP網絡

結合表1可知，5G網絡的基站具有小型化、功能強大的特點，其可安裝在任一場景及與四周環境完美融合，同時用戶可在任一時刻、任一地點接入網絡及一直在線。但目前，EPC網絡的分層結構選取固定網元P-GW，則既無法靈活拓展，又無法與未來流量的超速增長適應。據此，扁平化IP架構引入5G通信網絡中是一種必然的趨勢。扁平化IP 架構借助網絡功能虛擬化、邏輯GW、分布式軟件架構及移動核心信息傳遞等功能技術使垂直網絡架構向分布式水平網絡架構演進。據此，扁平化IP 架構是按名稱來識別終端及按M-ICT 的業務特性來實現扁平化改造，詳見圖1：

隨著扁平化IP架構的實現，運營商無論在價格或性能上都獲得了更大的競爭力，比如：扁平化IP 架構可刪減數據通道內網元的數量，以使運營商的OPEX、CAPEX 下降；可實現數據信息的低耗傳輸；可無限縮短系統的延時，使其對無線鏈路的延時進行完整識別；可改善、維護核心網與無線網，且在網絡規劃時，表現出極佳的靈活性與拓展性。

圖1

2.2 納米核心網

納米核心網是全IP網絡、云計算及納米技術的融合，詳見圖2。

圖2

結合圖2，筆者分別針對納米核心網的相關技術進行如下闡述：

2.3 多路徑管理與同一鑒權

針對圖2 所示的5G 納米核心網絡架構，其具有下列特點：一是聚合接入方式集成了5G、LTE、W-CDMA、WI-FI 及藍牙等接入技術，旨在統一解決方案及使動態響應時間縮短，從而改善用戶體驗；二是虛擬應用模式實現了數據層與控制層分離；三是層次結構使分布式網絡架構得以實現，從而實現對無線資源的高效管理及GW-GW 的無縫切換；四是GW 與BS 的業務緩存與內容共享減少了時延。目前，無線接入技術通常擁有獨立的ID 及授權方式，外加GW 邊緣存在認證及私密會話業務，則任一無線接入的資源都需獨立管理，且其間無法互通。但在5G 網絡中，功能塊的優化設計及接入技術的融合可使安全密鑰分發、鑒權及接入控制等實現統一。另外，在5G 網絡中，運用了GW 級多路徑管理機制，其運用多技術載波聚合、半靜態多無線資源、獨立的數據路徑及會話管理等方式，以使不同的無線接入技術實現動態調度、無損切換，同時實現用戶層與控制層分隔。

3 結束語

研究表明，5G網絡中不同無線通信技術的融合既可有效解決頻譜管理、頻率許可等問題，又可在安全方面給用戶提供完美體驗，從而為運營商獲得更大經濟收益提供了可能。在未來的發展中，5G網絡將從細微層面不斷改變社會生活、工作模式，并推動政治、經濟領域步入全新的發展階段。