5G技术对移动通信网络建设方式的影响

胡丽英

（常州信息职业技术学院，江苏 常州 213164）

1 5G技术发展的主要概述

2009年，5G通信技术开始初步探索。华为发起研究并进行试验。试验可以分为3个阶段性。第一阶段是5G关键技术。第二阶段是5G技术方案验证。第三阶段是5G系统验证。2012年，该研究项目受到了全球性的关注。2015年，国际电信联盟（ITU）正式承认这个研究项目，5G技术的研究工作从此进入了正规的渠道。2016-2018年，三个技术性阶段被提出，并与世界接轨，展现了自身的商业价值。2016年，首届“建设5G技术生态”主题会议呈现在大众的视野中。在此次会议上，我国与欧美国家合作，并展现了较强的合作机制。5G技术应用属于一种趋势，只有在市场中抢占先机，才能实现经济效益与社会效益的“双丰收”。此外，移动通信网络建设组成主要是使用核心网（NGRAN）与接入网（5GC）实现的业务对接与客户需求数据对接[1]。在核心网建设和接入网建设、业务网建设的基础上，展现现代化的发展需求，满足用户的个性化需要。

2 5G移动通信网络关键技术

5G三大应用场景和八大关键能力指标得到了国际电信联盟的重新定义，完成了应用与能力指标的转变。此外，5G的网络架构和空口关键技术为5G时代网络建设带来了极致的转变契机。因此，影响5G网络建设方式的主要技术可以分为如下5种。

第一，云化的网络架构。此种技术属于新的应用场景与关键指标，技术上使用的是SDN技术或者是NFV技术[2]。这进一步推进了5G网络架构的发展。在未来的发展道路中，将会实现网功能的重构，逻辑功能的聚集，满足“三朵云”架构的进一步延伸，如图1所示。从接入平面的角度看，可以实现多站点协作的方式，也可以完成连接的机制与多种技术融合的机制，展现了更为强大的灵活性。从控制平面的角度看，需要按照需求进行连接或者移动会话，在精细化资源的基础上，完成全面的开发。从转发平面的角度看，分布式的转发形式与数据处理方式，可以在实时性的基础上，构建锚点，加强业务处理的多元化方式[3]。

因此，5G通信网络是在4G网络基础上进行构建的，云化架构可以帮助5G核心网完成对应的承载和控制分离工作，最终转变RAN，让核心网中的一些网元，下沉到用户层的层面上[4]，具体如图2所示。

图1 “三朵云”架构

图2 4G和5G网络架构的对比

第二，边缘计算功能。从边缘计算的角度看，即MEC，可以把运营商与第三方业务的位置更加接近用户的附着接入点，以降低时间的延迟性，提升业务效率。边缘计算的优势如下，（1）网络延迟性小，传输速度快，降低了运营成本；（2）用户得到的响应快，可以再结合无线网络状态性，提高用户体验；（3）第三方可以在原有的基础上，创新业务部署形式，加强商业模式。DC机房可以成为5G时代中的网络中心。

第三，网络切片能力。5G网络所需要的支持方式不尽相同，如eMBB、URLLC和mMTC等业务场景[5]。随着时代的发展，单一的网络并不能满足现代化业务的需求，此时网络虚拟化技术就呈现到了大众的视野中。在统一网络化的基础上，构建不同的逻辑网络，提高业务能力，展现个性化的用户需求，具体如图3所示。

第四，超密集组网。5G数10 Gb每秒的峰值速率，如果使用3 GHz以下频段，是很难满足的，需要使用更高的段位进行匹配。因此，就需要秉承科学发展观的主要思想，在原有的基础上，创新形式，使用C-band或者是毫米波频段对5G技术进行有效的部署[6]。

第五，大规模天线、规模MIMO技术，被称为大型天线系统，可以提高5G通信系统的分辨率，将空间维度上的各种资源进行充分的使用。此外，该技术还可以把信息传输到系统中的波束中，并将这些波束集中在同一个空间中，以降低外在因素的干扰。5G移动通信网络关键技术上还存在很多种类型，如多载波技术、双工技术及D2D技术等。这些技术的发展为5G移动通信技术的发展提供了良好的发展前景，实现了万物互联、生活云端化及智能交互等主要内容。

图3 5G网络的不同业务场景

3 云化架构改变5G网络建设方式

3.1 网络软件化

5G主要使用的是SDN/NFV的云化架构形式，可以在硬件+软件的基础上，完成5G网络能力的构建与实施。目前，SDN/NFV的构建相比之下复杂程度较高。预计到2020年，SDN/NFV可以将复杂的结构转变为简单易懂的结构，让网络重构与5G得到有效的融合性发展。此外，中国移动还使用全软件化的核心技术对5G进行核心网的实施与构建，具体如图4所示。

图4 全软件化的核心网

3.2 设备边缘化

5G云化的网络架构和边缘计算功能中，需要把NGCN进行分开，主要是New Core和MEC组建而成的。New Core属于省级核心DC的范畴。MEC属于城域DC的范畴，有时也可以是边缘DC的范畴。5G RAN可以在长期的潜移默化过程中，转变为CU、DU及AAU三级[7]。同时，需要的配套设置的需求也上升了一个重要的台阶，具体如图5所示。

图5 设备边缘化

4 5G技术对移动通信网络建设方式的影响

4.1 基站小微化

新形势下，5G超密集组网需要使用密集化的方式，完成对应的站点部署工作。这可以加大系统的容量，增加覆盖面积，降低干扰，协调城市发展。在空间的限制上，实施基站小型化、微型化的发展方向。5G时代在更新发展的过程中，还需要对4G时代的局部区域进行更新，提高对应的覆盖面积，优化对应的城市需求。在战略的基础上，实施“杆站”资源的有效利用，具体如图6所示。

图6 不同社会“杆站”资源

4.2 天面密集化

5G技术一般不会出现大面积的天线现象。频率越高，天线越小。此外，C-band频段与100 MHz带宽的64T64R天线尺寸或者重量，全部与4G天线相差无几。未来，5G技术天面所面临的挑战，更多是空间上的限制。然后，2G/3G/4G交融时，需要使用4扇区以上的设计，以提高单站的有效容量。共享铁塔的设计，需要在新型天线形态上，解决对应的部署问题，实现大规模天线的性能与工程之间的可行性探究。

4.3 室分数字化

从2G/3G时代开始就有了传统无源室分系统，主要的作用是为用户提供对应的语音业务和基本上网业务。4G时代到来后，智能手机呈现到了大众的面前。因此，对应的数据流量需求与视频画面需求也上升到了一个重要的台阶。在4.5G和5G转变的过程中，单用户的数据接收量也达到了50～100 Mb/s。这时，每个人平均的DOU，就可以到达大于10 GB的境界。此外，2G/3G时代所使用的传统室已经不能顺应现代化的发展需求，也不能与5G系统进行有效的融合。因此，需要结合自身的实际情况，顺应时代的发展趋势，不断进行构建与延伸。其中，数字化就是5G网络技术构建室内覆盖的主要方案之一。在科学的理论指导下，使用光纤、网线等，代替馈线、无源器件等进行传输，以降低对应的干扰性。第一，业务分布上，室内是完成移动数据业务的主要场所。第二，业务需求上，需要实现100 Mb/s随时随地的5G业务需求。第三，频谱应用需要在C-band基础上，完成5G普遍深度覆盖。第四，网络架构需要在现有基础上完成5G网络演进。第五，要想提高运维效率，需要提高覆盖可视、干扰可视及话务可视等内容。第六，业务多元化需要在室内精准位置LBS业务的基础上不断延伸。第七，各运营商、OTT厂家等已经开始加强室内数字化技术的转化。第八，数字化室需要在网线/光纤化的基础上，不断演进，夯实4G体验，并提前预埋5G演进能力。

5 5G对承载网提出重构需求

第一，需要满足大带宽与低时延需求。5G技术需要在更高的频段、更宽频谱技术上进行提升。此外，5G承载网的接入上，汇聚层的发展上，需要超过50 Gb/s以上的速率才可以满足现代化的发展需求。核心网则需要更高的速率接口，需要在100 Gb/s以上。因此，AAU到DU之间的前传带宽估值具体如表1所示。

表2为回传或者是CU-DU传输带宽估值表。

表1 AAU到DU之间的前传带宽估值表

表2 回传或者是CU-DU传输带宽估值表

从表1、表2可知，传统理念下的4G承载网已经不能满足现代化的发展需求，需要重新构建，属于技术性难题。

第二，需要满足低时延需求。5G网络端的ITU要求是需要保持在毫秒级的水平线上，即保持在延约250 μs的水平上，中转需求需要保持在1.5～10 ms[8]。由树形组网代替原有的环形组网，以降低延迟性，提高耐受性。

第三，需要满足网络切片需求。5G技术需要的网络需求较为明显，eMBB、uRLLC及mMTC展现了较强的差异性，此时就需要在科学理论指导下，根据不同的需求与业务选择适合实际情况的主要传输方案。此外，5G对光缆网产生巨大影响，需要在全面覆盖的基础上，转变光缆网拓扑结构。

6 结 论

随着社会的进步，5G网络的高频组网与新空口的设计等发生了重要的转变。因此，5G网络技术就需要秉承科学发展观的主要思想，向着小微化、数字化的发展方向进行延伸。5G技术对核心网建设、接入网建设、业务网建设、基站建设等都产生了重要的影响，故需要在4G网络的基础上，研究如何降低资源的浪费情况，完成5G网络的完美过渡。