5G技術對移動通信網絡建設方式的影響

胡麗英

（常州信息職業技術學院，江蘇 常州 213164）

1 5G技術發展的主要概述

2009年，5G通信技術開始初步探索。華為發起研究并進行試驗。試驗可以分為3個階段性。第一階段是5G關鍵技術。第二階段是5G技術方案驗證。第三階段是5G系統驗證。2012年，該研究項目受到了全球性的關注。2015年，國際電信聯盟（ITU）正式承認這個研究項目，5G技術的研究工作從此進入了正規的渠道。2016-2018年，三個技術性階段被提出，并與世界接軌，展現了自身的商業價值。2016年，首屆“建設5G技術生態”主題會議呈現在大眾的視野中。在此次會議上，我國與歐美國家合作，并展現了較強的合作機制。5G技術應用屬于一種趨勢，只有在市場中搶占先機，才能實現經濟效益與社會效益的“雙豐收”。此外，移動通信網絡建設組成主要是使用核心網（NGRAN）與接入網（5GC）實現的業務對接與客戶需求數據對接[1]。在核心網建設和接入網建設、業務網建設的基礎上，展現現代化的發展需求，滿足用戶的個性化需要。

2 5G移動通信網絡關鍵技術

5G三大應用場景和八大關鍵能力指標得到了國際電信聯盟的重新定義，完成了應用與能力指標的轉變。此外，5G的網絡架構和空口關鍵技術為5G時代網絡建設帶來了極致的轉變契機。因此，影響5G網絡建設方式的主要技術可以分為如下5種。

第一，云化的網絡架構。此種技術屬于新的應用場景與關鍵指標，技術上使用的是SDN技術或者是NFV技術[2]。這進一步推進了5G網絡架構的發展。在未來的發展道路中，將會實現網功能的重構，邏輯功能的聚集，滿足“三朵云”架構的進一步延伸，如圖1所示。從接入平面的角度看，可以實現多站點協作的方式，也可以完成連接的機制與多種技術融合的機制，展現了更為強大的靈活性。從控制平面的角度看，需要按照需求進行連接或者移動會話，在精細化資源的基礎上，完成全面的開發。從轉發平面的角度看，分布式的轉發形式與數據處理方式，可以在實時性的基礎上，構建錨點，加強業務處理的多元化方式[3]。

因此，5G通信網絡是在4G網絡基礎上進行構建的，云化架構可以幫助5G核心網完成對應的承載和控制分離工作，最終轉變RAN，讓核心網中的一些網元，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

圖2 4G和5G網絡架構的對比

第二，邊緣計算功能。從邊緣計算的角度看，即MEC，可以把運營商與第三方業務的位置更加接近用戶的附著接入點，以降低時間的延遲性，提升業務效率。邊緣計算的優勢如下，（1）網絡延遲性小，傳輸速度快，降低了運營成本；（2）用戶得到的響應快，可以再結合無線網絡狀態性，提高用戶體驗；（3）第三方可以在原有的基礎上，創新業務部署形式，加強商業模式。DC機房可以成為5G時代中的網絡中心。

第三，網絡切片能力。5G網絡所需要的支持方式不盡相同，如eMBB、URLLC和mMTC等業務場景[5]。隨著時代的發展，單一的網絡并不能滿足現代化業務的需求，此時網絡虛擬化技術就呈現到了大眾的視野中。在統一網絡化的基礎上，構建不同的邏輯網絡，提高業務能力，展現個性化的用戶需求，具體如圖3所示。

第四，超密集組網。5G數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行匹配。因此，就需要秉承科學發展觀的主要思想，在原有的基礎上，創新形式，使用C-band或者是毫米波頻段對5G技術進行有效的部署[6]。

第五，大規模天線、規模MIMO技術，被稱為大型天線系統，可以提高5G通信系統的分辨率，將空間維度上的各種資源進行充分的使用。此外，該技術還可以把信息傳輸到系統中的波束中，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移動通信網絡關鍵技術上還存在很多種類型，如多載波技術、雙工技術及D2D技術等。這些技術的發展為5G移動通信技術的發展提供了良好的發展前景，實現了萬物互聯、生活云端化及智能交互等主要內容。

圖3 5G網絡的不同業務場景

3 云化架構改變5G網絡建設方式

3.1 網絡軟件化

5G主要使用的是SDN/NFV的云化架構形式，可以在硬件+軟件的基礎上，完成5G網絡能力的構建與實施。目前，SDN/NFV的構建相比之下復雜程度較高。預計到2020年，SDN/NFV可以將復雜的結構轉變為簡單易懂的結構，讓網絡重構與5G得到有效的融合性發展。此外，中國移動還使用全軟件化的核心技術對5G進行核心網的實施與構建，具體如圖4所示。

圖4 全軟件化的核心網

3.2 設備邊緣化

5G云化的網絡架構和邊緣計算功能中，需要把NGCN進行分開，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，轉變為CU、DU及AAU三級[7]。同時，需要的配套設置的需求也上升了一個重要的臺階，具體如圖5所示。

圖5 設備邊緣化

4 5G技術對移動通信網絡建設方式的影響

4.1 基站小微化

新形勢下，5G超密集組網需要使用密集化的方式，完成對應的站點部署工作。這可以加大系統的容量，增加覆蓋面積，降低干擾，協調城市發展。在空間的限制上，實施基站小型化、微型化的發展方向。5G時代在更新發展的過程中，還需要對4G時代的局部區域進行更新，提高對應的覆蓋面積，優化對應的城市需求。在戰略的基礎上，實施“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技術一般不會出現大面積的天線現象。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技術天面所面臨的挑戰，更多是空間上的限制。然后，2G/3G/4G交融時，需要使用4扇區以上的設計，以提高單站的有效容量。共享鐵塔的設計，需要在新型天線形態上，解決對應的部署問題，實現大規模天線的性能與工程之間的可行性探究。

4.3 室分數字化

從2G/3G時代開始就有了傳統無源室分系統，主要的作用是為用戶提供對應的語音業務和基本上網業務。4G時代到來后，智能手機呈現到了大眾的面前。因此，對應的數據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轉變的過程中，單用戶的數據接收量也達到了50～100 Mb/s。這時，每個人平均的DOU，就可以到達大于10 GB的境界。此外，2G/3G時代所使用的傳統室已經不能順應現代化的發展需求，也不能與5G系統進行有效的融合。因此，需要結合自身的實際情況，順應時代的發展趨勢，不斷進行構建與延伸。其中，數字化就是5G網絡技術構建室內覆蓋的主要方案之一。在科學的理論指導下，使用光纖、網線等，代替饋線、無源器件等進行傳輸，以降低對應的干擾性。第一，業務分布上，室內是完成移動數據業務的主要場所。第二，業務需求上，需要實現100 Mb/s隨時隨地的5G業務需求。第三，頻譜應用需要在C-band基礎上，完成5G普遍深度覆蓋。第四，網絡架構需要在現有基礎上完成5G網絡演進。第五，要想提高運維效率，需要提高覆蓋可視、干擾可視及話務可視等內容。第六，業務多元化需要在室內精準位置LBS業務的基礎上不斷延伸。第七，各運營商、OTT廠家等已經開始加強室內數字化技術的轉化。第八，數字化室需要在網線/光纖化的基礎上，不斷演進，夯實4G體驗，并提前預埋5G演進能力。

5 5G對承載網提出重構需求

第一，需要滿足大帶寬與低時延需求。5G技術需要在更高的頻段、更寬頻譜技術上進行提升。此外，5G承載網的接入上，匯聚層的發展上，需要超過50 Gb/s以上的速率才可以滿足現代化的發展需求。核心網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，傳統理念下的4G承載網已經不能滿足現代化的發展需求，需要重新構建，屬于技術性難題。

第二，需要滿足低時延需求。5G網絡端的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，中轉需求需要保持在1.5～10 ms[8]。由樹形組網代替原有的環形組網，以降低延遲性，提高耐受性。

第三，需要滿足網絡切片需求。5G技術需要的網絡需求較為明顯，eMBB、uRLLC及mMTC展現了較強的差異性，此時就需要在科學理論指導下，根據不同的需求與業務選擇適合實際情況的主要傳輸方案。此外，5G對光纜網產生巨大影響，需要在全面覆蓋的基礎上，轉變光纜網拓撲結構。

6 結 論

隨著社會的進步，5G網絡的高頻組網與新空口的設計等發生了重要的轉變。因此，5G網絡技術就需要秉承科學發展觀的主要思想，向著小微化、數字化的發展方向進行延伸。5G技術對核心網建設、接入網建設、業務網建設、基站建設等都產生了重要的影響，故需要在4G網絡的基礎上，研究如何降低資源的浪費情況，完成5G網絡的完美過渡。