浅谈5G网络新技术及核心网架构

孟祥臣

摘 要：伴随信息网络技术的不断发展，移动网络新技术的广泛应用，移动互联网通信逐步从2G、3G走向了4G、5G。5G移动网络技术作为正在试验阶段的移动通信技术，无论是在关键技术方面还是核心网架构方面，都较之前的通信网络在性能方面有了很大提升。本文将从5G技术入手，分析5G网络中涉及到的部分新技术，然后分析其核心网架构，旨在为相关人员提供参考。

关键词：5G；网络技术；核心网架构

引言

5G网络是未来科技时代的代名词，目前国际上对5G网络科研工作正在如火如荼的进行。我国政府部门也加强了对网络科技的研究工作，想要先一步完成5G网络的建设。为了向世界展现我国的科技水平和综合实力，信号站及试验站的建立已经开始，不久我们将迎来真正的5G时代。那么促进5G网络的发展，加强5G网络的新技术和核心网架构的研究非常必要。

1 5G概述

5G即第五代移动通信技术，是适应未来移动通信要求而开发的新一代移动通信标准，根据通信标准的发展规律，5G将具有更高的频谱效率和能量效率，在数据速率和无线资源利用效率等方面将比第四代移动通信技术标准提高一个或多个量级，其小区覆盖范围、数据传输时延、服务质量和网络安全也将达到一个更高的档次。5G通信标准将和多种其他移动通信技术结合，构成新一代移动信息网络架构标准，满足用户未来越来越高的流量需求、服务质量需求以及安全性要求。5G通信标准的使用覆盖范围也将进一步放大，对多种多个传感设备的支持和对设备与设备之间通信支持将成为标准设计的重要一环，不仅如此，5G通信标准还必须拥有良好的鲁棒性，具有网络自配置、自优化、自治愈等能力，从而能更好的面对网络部署环境的变化并且降低人力成本。

5G标准要求的提高带来的是移动通信网络的部署和维护复杂度的进一步增加，在网络组织阶段需要计算和分析的要素越来越多，主要包括：规划、选址、测试、前期及后期优化、性能监控、故障检测与修复等，目前网络结构呈现高复杂性和多样性，多种接入技术的同时应用、异构网络中的干扰、小功率基站（如天线节点、Pico基站等）的密集部署都会在不同程度上影响到网络的运行；无线网络资源的分配和管理复杂程度越来越高，需要综合考虑空、时、频、功率四种维度下的资源分配情况，在用户接入数量和业务质量需求不断提高的情况下，如何权衡无线网络资源分配过程的复杂度和精确度将成为未来网络部署的重大挑战。可以预见，未来的无线通信网络会越来越复杂，用户对无线网络所提供服务质量变化感知会愈加敏感，各类的业务需求的变化会愈加频繁，这些都将对网络的性能提出更高的要求，网络只有能够自适应地满足用户的各类业务需求，才能够保障用户优质的服务体验，才能保证用户的忠诚性和避免用户的流失。

2 5G网络新技术

2.1超密集组网技术

超密集组网技术，主要基于超密集异构网络，宏微协同和高低频段协作组网，利用宏站与微站，低频与高频的各自优势，提升系统性能。其关键技术主要有：基于与无线接入链路的资源管理和干扰控制、链路设计的无线fronthaul/backhaul技术；基于自适应分簇及簇自适应调整、数据分发选择、分布式资源管理的虚拟化技术；基于Small cell同步与发现增强及干扰测量增强的干扰识别技术等。超密集异构网络架构由于节点间距离小，越发密集的网络部署将使得网络拓扑更加复杂，从而容易出现与现有移动通信系统不兼容、同频干扰、共享频谱资源干扰、不同覆盖层次间的干扰等问题。需要采用一系列措施来保障系统性能。

1.2 M2M技术

M2M技术即机器类型通信，是相对人和人通信的一種通信方式，是指不在人的干涉下的一种通信。M2M技术的应用场景很多，业务都有各自不同的业务特点，需要建立M2M通用的业务模型。其研究的核心技术包括，解决海量终端接入问题的网络接入与拥塞控制；适配多种不同业务的分层调制技术及小数据包编码技术；提升效率的频谱自适应及多址技术；不用时刻与网络保持同步的异步通信技术；减少开销，提升灵活性的高效调度技术等。

1.3高级调制编码技术

无线资源变得越来越紧张，为了更加高效的利用有限的通信资源实现高吞吐率、高频谱效率和高服务质量的无线传输，需要更高频谱效率的调制编码技术，如：波分编码传输技术（OVTDM）、调频QAM（FQAM）等。OVTDM技术中的波形代表不同信息，编码输出呈现高斯分布，相同误码率下所需SNR比MQAM低；FQAM技术利用FSK和QAM叠加，增加星座点密度，提高频谱效率，并通过改变干扰的统计分布，达到对干扰信号进行设计的目的。

2 5G移动通信技术核心网架构

传统的核心网协议栈，在数据传输的过程中通过IP匹配，从而使用为IP预留的专用承载，针对终端或者会话的承载建立方式在终端离线后会删除，终端重新连接之后如果想建立专用承载必须由P-GW或者终端触发专用承载建立的过程，重复建立的过程。为了满足5G万物互联的需求，技术人员致力于对贯穿于5G网络的基站、核心网、编排管理、传输等各部分的实现。对于核心网而言，基于传统CT思维的设计模式显然已经不足以面向未来。因此，5G核心网有了更方便更灵活引入垂直行业的架构，即基于服务化的架构Service Based Architecture，简称SBA。

5G核心网架构与传统核心网架构的显著区别在于：控制面网络功能摒弃传统的点对点通讯方式，采用统一的基于服务化架构和接口；控制面与媒体面分离；移动性管理与会话管理解耦；核心网对接入方式不感知，各种接入方式都通过统一的机制接入网络。

服务化架构是5G核心网区别于传统核心网的显著差异，5G核心网服务化架构四大特征如下：第一，传统网元被逐渐拆分实现了软硬件解耦，软件部分被称为网络功能。这些网络功能相互之间解耦，具备独立升级、独立弹性的能力，具备标准接口与其他网络功能服务互通，并且可通过编排工具根据不同的需求进行编排和实例化部署；第二，网络功能服务管理自动化网络功能被拆分成多个网络功能服务，5G核心网的网络功能服务需要能够做到自动化管理，NRF就是这样的一个网络功能；第三，网络通信路径优化传统核心网的网元之间有着固定的通讯链路和通讯路径。5G核心网服务化架构下，各网络功能服务之间可以根据需求任意通讯，极大地优化了通讯路径；第四，5G核心网架构下的网络功能服务间通讯机制进一步解耦为生产者和消费者模式，生产者发布相关能力，并不关注消费者是谁，在什么地方。5G核心网架构是对传统网络架构的重大改革，具备开放、解耦、可编排等优势，将会是未来物联网发展的重要技术支持。

结束语

目前关于5G的研究还处于验证阶段，但是其技术方向已经逐渐清晰，随着超密集网络、高频通信、新型化扁平化网络架构等技术研究的完成，5G技术将突破现有瓶颈，开创移动通信互联的新篇章。未来5G网络的发展将真正走向开放化、服务化、软件化方向，将实现5G与垂直行业的融合发展。

参考文献：

[1]宗在峰，吴瑟.面向未来移动通信的核心网架构[J].中兴通讯技术，2016，22（03）：62-66.

[2]焦金涛.5G网络新技术及核心网架构研究[J].中国新通信，2017，19（16）：9.

[3]许碧洲，路遥，高立剑.关于5G移动网络新技术及核心网架构的几点思考[J].中国新通信，2017，19（18）：8.