5G移动通信

田岚

摘 要：本文以第五代移动通信技术（5G）介绍为主要内容。首先介绍了移动通信系统的技术发展和5G需求与愿景，全球5G研究与标准化情况及通信业界对5G的看法，接着全面阐述了.5G关键技术，重点从网络架构、组网场景、频谱选择等方面进行了系统的介绍，最后对5G网络的部署进行了探讨。

关键词：5G，通信，网络

1、移动通信系统的发展和5G需求与愿景

在过去的30多年时间里，移动通信经历了从语音业务到移动宽带数据业务的飞跃式发展，不仅深刻地改变了人们的生活方式，也极大地促进了社会和经济的飞速发展。第一代移动通信系统是模拟蜂窝移动通信系统，蜂窝网，即小区制，实现了频率复用，因而大大提高了系统容量。第二代移动通信系统以传输语音和低速数据业务为目的。第三代移动通信是一种真正意义上的宽带移动多媒体通信系统，能提供高质量的宽带多媒体综合业务，并且实现了全球无缝覆盖、全球漫游。第四代移动通信技术的概念可称为宽带接入和分布网络，具有非对称的超过2Mbit/s的数据传输能力。移动通信已经深刻地改变了人们的生活，但人们对更高性能移动通信的追求从未停止。为了应对未来爆炸性的移动数据流量增长、海量的设备连接、不断涌现的各类斯业务和应用场景，第五代移动通信（5G）系统将应运而生。

5G将渗透到未来社会的各个领域，以用户为中心构建全方位的信息生态系统。5G将使信息突破时空限制，提供极佳的交互体验，为用户带来身临其境的信息盛宴；5G将拉近万物的距离，通过无缝融合的方式，便捷地实现人与万物的智能互联。5G将为用户提供光纤般的接入速率，“零”时延的使用体验，千亿设备的连接能力，超高流量密度、超高连接数密度和超高移动性等多场景的一致服务，业务及用户感知的智能优化同时将为网络带来超百倍的能效提升和超百倍的比特成本降低，最终实现“信息随心至万物触手及”的总体愿景。

2、 5G项目研究与标准化进展

目前多个国家组织都在积极地进行5G方面的研究工作，主要有欧洲的 METIS、iJOIN、5GNOW等研究项目，还有日本的ARIB，韩国的5G论坛，其他一些组织如WWRF、 Green Touch等也都在积极地进行5G技术方面的研究。IMT专门成立了IMT-2020从事5G方面的标准化工作。

（1）WWRF组织

WwRF（ Wireless World Research Forum）是欧盟的5G研究组织，由西门子、诺基亚、爱立信、阿尔卡特、摩托罗拉、法国电信、IBM、 Intel、 Vodafone等世界著名电信设备制造商、电信运营商于2001年发起成立。WwRF是致力于移动通信技术研究和开发的国际性学术组织，其成员包括欧洲、美洲、亚洲的绝大多数电信设备制造商、电信运营商及知名大学从事移动通信技术研究的科学家。WwRF的目标是在行业和学术界内对未来无线领域研究方向进行规划，提出、确立发展移动及无线系统技术的研究方向，为全球无线通信技术研究提供建设性的帮助。

（2） METIS、 UJOIN、5GNOW项目

METIS、 IJOIN、5GNOW等都是欧盟的5G研究项目，其中 METIS是欧盟最大的项目，iJON主要是由大学和一些学术机构组成的，其影响力和对行业的推进力远不如METIS。

（3）中国IMT-2020

MT-2020（5G）推进组是由中国工业和信息化部、科技部与国家发展和改革委员会联合成立，为联合产业界对5G需求、频率、技术与标准等进行研究的组织。作为5G推进工作的平台，推进组旨在组织国内各方力量、积极开展国际合作，共同推动5G国际标准发展其成员主要是国内的电信设备制造商、高校、电信运营商和研究所。IMT-2020（5G）推进组初步完成了中国国内5G潜在关键技术的调研与梳理，将5G潜在关键技术划分为无线传输技术和无线网络技术，并分为两个子组，分别是无线技术组和网络技术组。无线技术组侧重无线传输技术与无线组网技术研究，网络技术组侧重于接入网与核心网新型网络架构、接口协议、网元功能定义以及新型网络与现有网络融合技术的研究。

3、5G的愿景：技术与运营

（1）更多的业务能力，更好的营利能力

运营商需要未来5G网络具有更多的业务能力，除了傳统的电信业务外，还需更好地支持未来移动互联网和物联网业务的快速发展，同时基于公网拓展到更为广泛的行业应用。

在5G宽带移动网络基础上，更加丰富的移动互联网和物联网业务应用必将快速发展，未来网络需要支持更加灵活的运营模式，创建良性的运营生态，实现业务运营和网络运营共赢。

（2）足够的带宽和容量

未来5G网络需要提供足够的带宽和容量，满足终端对可获得速率（每秒百兆比特）速率（Gbit/s）以及系统容量等的需求。同时，面向2020年无线移动网络整体需要具备1000倍的移动流量提供能力，单位面积吞吐量需要达到目前4G的1000倍甚至更高（100Gbts/km2以上.）。另外，5G需要支持更多的连接器件数目，为现有移动通信手机的100倍量级及以上。

（3）低成本、易于部署

由于用户使用更多的移动流量时却不希望资费有明显增长，因此需要电信运营商降低每比特的成本，对应1000倍流量增长意味着每比特成本降低到现在的1/1000。

绿色节能也是未来移动网络最重要的需求之一，1000倍流量提升但网络总体能耗不提高，2020年移动网络端到端每比特能耗需要降低到现在的1/1000。

未来网络将是异构融合的多制式极其复杂的网络，多层覆盖，多制式覆盖，多业务网络融合。电信运营商希望网络能够支持更智能的单一的自组织网络，做到多技术体系和多层次覆盖网络的自配置、自管理、自优化，减少人工维护。

（4）兼容现有网络，保护已有投资

未来5G网络也需要兼容现有的各种网络和制式，做到互联互通以及更好的互操作，保护电信运营商的已有投资。

4、 5G网络架构与组网技术

（1）5G网络架构需求

为了应对未来客户业务需求和场景对网络提出的挑战，满足网络优质、灵活、智能、友好的发展趋势，5G网络将通过基础设施平台和网络结构两个方面的技术创新及协同发展，最终实现网络变革。

目前的电信基础设施平台是基于局域专用硬件实现，5G网络将通过引入互联网和虚拟化技术，设计基于通用硬件实现的新型基础设施平台，从而解决现有基础实施平台成本高、资源配置能力不强、业务上线周期长等一系列问题。

在网络架构方面，5G将基于控制转发分离和控制功能重构等技术设计新型网络架构，提高接入网在面向复杂场景下的整体接入性能。简化核心网结构，提供灵活高效的控制转发功能，支持高智能运营，开放网络能力，提升全网整体服务水平。

（2）新型基础设施平台

实现5G新型设施平台的基础是网络功能虚拟化（NFV）和软件定义网络（SDN）技术。

NFV使网元功能与物理实体解耦，通过采用通用硬件取代专用硬件，可以方便快捷地把网元功能部署在网络中任意位置，同时通过对通用硬件资源实现按需分配和动态延伸，以达到最优的资源利用率的目的。

SDN技术實现控制功能和转发功能的分离。控制功能的抽离和聚合，有利于通过网络控制平面从全局视角来感知和调度网络资源，实现网络连接的可编程。

NFV和SDN技术在移动网络的引入与发展，将推动5G网络架构的革新，借鉴控制转发分离技术对网络功能进行分组，使得网络逻辑功能更加聚合，逻辑功能平面更加清晰。网络功能可以按需编排，运营商能根据不同场景和业务特征要求，灵活组合功能模块，按需定制网络资源和业务逻辑，增强网络弹性和自适应性。

5、总结：

相信随着5G技术的发展成熟和5G网络在将来逐渐规模商用和普遍部署，人们实现“无处不在，万物互联”的未来移动通信愿景将变成可能，无人驾驶、车联网、移动高清视频通信等以超高速率、高可靠性的通信为基础的新技术将逐渐普及，将给人们的生活带来极大的便利，同时也会极大地改变人们的生活方式。

参考文献：

[1] 袁志峰，郁光辉，李卫敏.面向5G的MUSA多用户共享接入.电信网技术，2015（05）： 28-31.