5G移動通信核心網關鍵技術研究

高麗華，高樂文，任新宇，井志強

（中國移動通信集團設計院有限公司 黑龍江分公司，黑龍江 哈爾濱 150080）

0 引 言

移動通信網絡在工業制造、自動駕駛、遠程醫療以及智能運輸等方面將有大規模的應用和需求。在技術方面，5G網絡商用的主要問題集中在無線網絡、核心網絡及傳輸網絡上，5G技術也是國家“十三五”規劃中的高科技，并且要成為新的增長點。目前，我國的5G移動通信技術已經是科技發展和研發的熱點問題，其研究更加注重環保和低能耗的特點，符合我國可持續發展的策略。雖然在技術結構上更加復雜，但其靈活性和兼容性更加優良，能有效實現物聯和互通，完成低時延、大連接以及高可靠等。

5G移動通信網絡中接入網設計時應把握以下幾點。一是對異構網絡多接入技術的融合，利用無線控制器的相關設備對其進行精準控制，同時要保證接口有著比較強的兼容性能，對性能的根基進行良好建立，對數據的來源進行高效處理，在基站的平臺上繼續處理數據信息，這也是5G網絡可以協調穩定運行的前提。二是針對資源的傳輸系統進行接入網的設計，此時的設計應該更加關注資源傳輸的行為及其具體傳輸的路徑，保證傳輸行為的嚴謹性，盡可能保證瀏覽的內容能夠與客戶的喜好進行匹配。針對網絡部署的具體場景來說，其主要分為室內和室外兩種。技術人員要根據具體的規劃制定出具有針對性的措施，針對室內的具體網絡場景部署可以合理選用大型天線，而針對室外的網絡部署則需要通過增加具體的基站數量來實現，并且要在零部件和光纜連接上進行有效布設，保證通信網絡的運行速度及具體的運行要求。三是針對核心網先從優化用戶的服務質量開始，再對用戶網絡和外部網絡進行合理連接。技術人員要將網絡元件作為數據信息具體的接收元件，再合理配備具體的硬件，以此來提升網絡連接與核心網的靈活性[1]。

1 5G移動通信核心網絡關鍵技術

1.1 NFV和SBA

NFV技術的特點是硬件和軟件分離、網絡功能虛擬化、在無專用硬件的情況下操作虛擬網絡功能、降低成本以及提高服務能力的靈活性。使用NFV技術可以使5G網絡獲得更多的連接，同時提高網絡切割和邊緣計算功能的靈活性。

NFV技術的使用使得5G網絡可以實現靈活的網絡切片和邊緣計算功能。基本網絡控制平面使用基于服務的SBA系統架構，舊4G網絡網元被重組為多個網絡功能，這些功能被虛擬化，每個網絡功能被分成多個服務。網絡功能服務遵循包容性、可再利用性以及獨立管理的三項原則，在基本核心網絡中使用了統一、有效、可靠且方便用戶的接口協議，同時服務界面的使用允許與其他網絡功能直接互動。

1.2 控制面與用戶面分離

分離控制面和用戶面是移動通信網絡演變的一個連貫概念，在3G使用時移動通信網絡將2G語音網絡MSC從MSS與MGW控制面分離，在4G使用時EPC網絡被分為MME和SGW。5G網絡結構繼承了4G CUPS結構，并在控制面與用戶面的分離中有了進一步的提高，從而減少用戶的流速失真和因特網接入延誤，這是5G的主要技術。在一個具體實施中，傳統媒體網關設備的控制面和用戶面作為會話管理功能（Session Management Function，SMF）在5G系統結構中被分離，如圖1所示。IP地址分配、選擇與控制用于數據分組路由的用戶節點，其主要功能為用戶掩碼，如重發、數據分組檢測以及策略執行等。

圖1 5G核心網SBA架構圖

1.3 網絡切片

網絡切片分割物理網絡形成多個獨立終端邏輯網絡，包括接入網絡、核心網絡以及傳輸網絡等，可被視為5G網絡中的虛擬專用網絡，為用戶提供個性化服務，并表現了5G網絡的靈活性。根據不同服務的服務質量要求，網絡切片被分配給網絡功能和相應的網絡資源。網絡切片在實施過程中的關鍵技術就是SDN和NFV。SDN技術允許靈活地定義網絡在網絡切片中的功能，其主要思想是僅滿足服務性能的需要，放棄無關性能的需要，并且不優先滿足諸如高帶寬之類的需要，這樣是為了實現低延誤。NFV技術將網絡切片的硬件和軟件分開，并根據虛擬資源的需要提取物理資源，從而使資源得到最佳的共享和利用[2]。利用SDN和NFV技術部署網絡切片，從而提供多樣化和定制的網絡服務。網絡切片的管理功能需要在接入網絡、中央核心網絡以及傳輸網絡等領域之間進行協同作用，從而做到管理和編程端到端切片。然而，接入網絡中沒有SDN和NFV技術，而且還需要確保服務的透明度和網絡資源的虛擬化，以改進終端網絡切片。

1.4 邊緣計算

邊緣計算是一種部署模式，在該模式中，數據中心、緩存器以及計算節點被部署在用戶網絡周邊，從而減少核心網絡的負荷，另外減少服務時間和提高用戶的認知，最后開放網絡能力為第三方應用程序提供所需的網絡信息，并優化服務經驗。邊緣計算對于滿足5G低延時功能具有重要的作用，在垂直行業及差異化場景的滿足方面能夠經常看到邊緣計算服務的身影。

1.5 NSA和SA

3GPP提供了12個5G接入網絡和基本核心網絡配置，總共有8個選項類別，反映了在不同階段部署5G商業網絡的需要。選擇方案1、6以及8時只存在于理論上，而選擇方案2、3、4以及7時既涉及5G核心網絡，也涉及構成部署選擇模式的5G無線網絡。SA利用5G接入網絡接入5G核心網絡，其優點是能夠以更經濟的方式投資于整個5G目標網絡，但其終端實施的風險更大，需要很快建立新的核心網絡，這就使得工作量加大。

2 5G移動通信網絡構建中關鍵技術的研究

2.1 濾波器組的多載波技術

在5G移動通信網絡技術中，多載波技術的應用屬于頻率極高的一種，其可以有效提升譜效率，與此同時還可以更好地避免出現多徑衰落這樣的不良現象。但是在通過應用多載波技術進行多徑衰落控制的時候一定程度上會出現對資源的浪費現象。在多載波技術的具體應用過程中要關注載波頻偏，注意其表現出的較高敏感性，因為這會對頻譜的靈活度造成一定的影響。不同的地區之間存在著頻率上的差異，所以在進行多載波技術的應用時可能會造成一些頻率比較低的地方有帶寬不足及產生空白頻譜發生頻繁的現象，最終會對多載波技術連續使用的效益造成一定的影響，所以相關技術人員需繼續研發基于濾波器組的多載波技術，優化5G移動通信網絡系統，滿足各個載波間獨立運行的要求，讓其能夠處于相應的運行狀態下，有效抵抗外界的干擾。

2.2 移動通信云技術

5G移動通信技術要與大數據技術進行充分融合，大數據技術的一個主要表現就是云技術，在進行云技術的運用時，作為5G移動通信網絡的相關技術人員應該積極探索，不斷將云技術與5G移動通信網絡技術進行有效地融合，最終形成有針對性的5G移動通信網絡專項云技術，能夠將云存儲及云計算更加具體的運用到5G移動通信技術中，以更好擴容移動網絡空間。這樣便形成了更加龐大容量的網絡系統，更好實現了5G移動通信網絡的運行存儲能力，然后在配以專業的計算機軟件和硬件設備，就可以有效實現對復雜通信數據的分析及高效計算。在這樣的大容量高效率的存儲系統下，相對應的移動網絡通信服務項目能夠進一步被開發，有關移動服務器的相關壓力及對應的能源消耗能夠得以降低，并且相對應的移動通信云技術的有效應用可以更好構建5G移動通信技術相關的云服務系統。在控制網絡延遲和波動的前提下，云技術可以發揮出更加強大的效能。

3 結 論

在4G網絡被普遍應用以后，5G網絡便開始被深入研究，其技術處在一個不斷發展完善的過程中，5G核心網絡技術相關的標準及其相應的硬件設施成熟度還不夠，需要進一步完善。我國的三大運營商都已經宣布啟動5G網絡的商用，但是其相關的國際標準并沒有被完全掌握，所以5G網絡的發展要根據市場的需求不斷完善，根據業務需求更新技術應用，搭建技術網絡，從而實現5G網絡商用的成熟。