5G移动网络关键技术与应用

王宏利

（中通服咨询设计研究院有限公司，江苏 南京 210019）

0 引 言

据统计，2015年5月—2020年5月，我国出台有关5G研发与应用推广的政策文件多达22项。随着时间的推移和5G技术的不断完善，其在不远的将来必会渗透到社会各个领域，为人们提供“全方位的信息生态”[1]。在5G概念系统中，关键技术和关键技术能力虽可充分展示其技术特征与突出优势，但不能直接涵盖技术应用面临的挑战。如果说关键技术和关键技术能力是5G概念的支持体系，那么技术所面临的挑战与具体应用则是应用中必须要考虑的问题。基于此，本文将对5G移动网络关键技术与技术能力进行分析，并在此基础上分析其应用问题。

1 5G移动网络关键技术

1.1 内涵发展

目前，5G代表第五代移动通信技术，具有高速率、低时延和大连接等特点，其在国际上暂无统一的概念，通常需要借助于相关关键技术与关键技术能力对其内涵与外延进行界定[2]。5G移动网络技术本质就是数据传输技术，其可在6 GB以上的高频段中以每秒1 GB以上的速度完成数据传输。根据国际电信联盟对5G技术的3大类应用场景可知，其可增强移动宽带、超高可靠低时延通信和海量机器类通信，以满足人类在生活、生产等方面的需求。在数据传输的过程中，其峰值速率要达到10～20 GB/s，以满足人民对数据传输的需求[3]。根据移动网络联盟发出的相关规范可知，5G技术的使用案例需要满足低延迟、高信令效率、高覆盖率、强频谱效率、十万以上并发连接量、局域网1 Gb/s传输率、广域范围10 Gb/s传输率等要求。目前，5G技术已广泛应用于工业、车联网及自动驾驶、能源、教育、医疗、金融等多个领域[4]。

1.2 技术优势

多年来，移动通信技术延续着每十年更新一代技术的发展规律，已经经历了1G、2G、3G、4G四代的发展，其每一次代际的跃迁，每一次技术的进步，都会刺激全球的金融、医疗、能源等多个产业的升级，促进经济全球化发展，如表1所示为5G技术与其余几代通信技术核心技术和技术能力的比较[5]。

由表1可知，从1G到2G的技术跃迁，实现了模拟通信到数字通信的转变，从2G到3G的跃迁，实现了语音业务到数据业务的转变，从3G到4G的技术跃迁，更是刺激了互联网+行业的发展，加速人与人之间的联系，促进了多个行业的发展，而5G技术是应移动数据流量暴涨的要求，加速流量传输速率，为人类提供更极致的数据服务。5G移动网络技术应用的意义重大，根据专家预测，其对消费模式、产业结构、行业发展、人们日常生活影响都是“革命性”的，以促进直接、间接及相关经济活动增长来看，预计到2030年，其对GDP直接贡献和间接贡献总和近4万亿元，对相关经济活动（如运营商等）贡献总和近3.2万亿元[6]。不仅如此，随着该项技术的不断发展和对经济社会的广泛渗透，其商用进程的深化将成为创新产业类型、优化产业结构、推进供给侧改革的新驱动。

1.3 关键技术

本文对高频段传输技术、大规模MIMO技术、同时同频全双工技术等5G关键技术的技术特点、技术优势及技术挑战进行总结，其结果如表2所示。

表2 主要关键技术表

2 5G移动网络关键技术应用

2.1 5G技术应用挑战

相比4G技术，各项指标的高性能对5G提出了挑战，如表3所示。

2.2 5G技术应用关键

目前，在5G应用的过程中，其最为关键技术就是软件定义网络（Softuare Defined Network，SDN）技术和网络功能虚拟化（Network Functions Virtualization，NFV），这两项技术可极大促进网络数据化、智能化发展。SDN技术可使得网络设备的数据平面和控制平面分离，故能够推进网络智能化发展。应用SDN技术，能够改变原有设备的专用特性，让网络设备实现通用兼容。应用NFV技术可构建虚拟网络架构，将MME、S/P-GW、PCRD、DU等从网络硬件中解耦，实现数据平面的编程。SDN技术和NFV技术的有效应用能够改变原有网络设备的专用特性，降低网络建设难度，使其向通用、商用发展，提高网络灵活性。

2.3 5G应用发展目标

SDN技术可应用于智能化网络调度，即采用控制转发分离和路由集中计算，实现网络灵活、智能调度和网络能力的开放。

NFV技术可应用于电信云的部署，采用IT通用服务器构建资源池，使得电信设备软硬解耦，以软件形成电信云，并支撑内容分发、边缘计算等。

除此之外，协同编排器技术可应用于自动化网络编排管理，即实现跨领域、端到端、全网资源、网元和流量流向的管理编排与调度。

2.4 5G技术应用策略

在5G技术组网的过程中经常遇到各种各样的问题，包括4G与5G网络的融合、信令网的设置等问题，针对这些问题，本文提出相关建议。

关于组网的问题，在4G/5G网元融合与5G网元分层部署的过程中，可采用GW-C/SM、GW-U/UPF合设的方式。GW-C/SM是采用集中部署的方式，便于后期进行管理，而GW-U/UPF可根据不同场景需求集中和下沉部署[7]。根据现场实际情况采用合设的方式，控制面集中，用户面分布，按照需求进行部署，统一管理，以降低运营商网络建设和运营建设成本。

4G网络建设时需要信令网，那么5G建设的过程中是否需要建立信令网，4G的信令网又该如何演进。目前5G国内信令网需求正在分析中，但因NFV技术的引入，5G网元连接存在实时动态调整可能。

针对5G会话绑定方案、5G策略反馈机制的设置，本文建议使用SMF中或UDR中的绑定数据。

针对5G网管架构、网络和切片编排管理方面的问题，本文建议采用切片的管理架构，其切片管理架构如图1所示[8]。

图1 切片管理架构

3 结 论

本文基于5G移动网络关键技术的探讨，对其关键技术的特点及应用进行了初步分析，并对5G组网及5G与4G的兼容问题提出相关建议。在5G发展的基础上，应该加快网络转型，对新型电子云、网络管理编排系统做好提前预案；鉴于新核心网的巨大变化，应着手发展与其相适应的网络管理系统；逐步改变4G兼容接入5G的模式，转变为统一的5G核心网；构建全面的网络软件化、自动化、服务化编排管理体系；大力发展切片化、低延时、大流量的新型承载传输网络。希望通过本文的分析研究能够对其后续完善与发展提供有益参考。