5G网络需求及架构分析研究

王文成，毕健有，王浩年

（辽宁邮电规划设计院有限公司，辽宁 沈阳 110179）

1 概述

根据5G网络需求及架构的不同，5G网络根据自身架构特点不仅大大提高了现有垂直行业务提供能力，而且也为新兴业务打下坚实基础。5G网络的发展不仅要发展自身的特点，而且还要与现网其他频段协同发展。5G网络架构不同于以往网络，需要更广更深入地了解5G网络的业务需求，这样才能让5G网络更加适应业务需求，更加适应业务流程，以较高的性价比来满足用户需求。

2 5G网络发展需求

2.1 总体需求

一是根据5G网络商用情况来看，大部分5G网络产品基本应用于四个场景中，未来5G网络的主要应用也会围绕这四个场景进行发展：场景一主要是地铁隧道、高铁车站等需要覆盖连续的广覆盖场景；场景二主要是办公楼、广场、步行街、居民小区等高容量场景；场景三主要是智慧抄表、智慧城市监控、智能监测等超大连接数场景；场景四主要是自动驾驶、工业自动操作等要求超低时延和超高可靠场景。根据这四类场景的发展，5G网络技术及产品也随之更新。

二是由于5G网络与之前网络的不同，根据5G技术自身的特点，会出现新的业务需求。5G网络发展的最突出的特点就是实现了生活中万事万物的相互连通，在相互连通过程中融合了各种各式各样的内容。5G的出现会促使新的生活模式，新的生活习惯的产生。为此，在5G网络建设及技术发展过程中需要充分做好技术分析与5G业务开发工作，随时追踪相关变化随时调整。

三是5G的发展促进了各行各业的融合发展。现阶段在5G技术的支持下，各行各业随着时代的发展，变革的脚步进一步加快，特别是跨行业间的融合发展更加深入。5G+物联网将在人们的生活工作中出现，提高人们生活品质，使人们的生活走向智能化和数字化。在工业发展上，智能化操作管理将贯穿整个生产流程。

2.2 新网络，新需求

从整个产业发展趋势看，3GPP标准已经步入后5G网络时代，而云计算、边缘计算等技术在通信技术行业的日益成熟及成功又驱使移动网络采用新的实现方式及新的商业模式，同时软件定义网络技术的迅速发展也启发人们对移动通信技术架构及不同业务部署进行重新思考。

从当前网络面临的挑战看，M2M的兴起以及智能终端的普及，不同无线通信业务需求的快速发展及高清视频的出现导致无线流量的增长及无线设备配置的提高。

5G网络作为一个全新网络，伴随着网络技术的发展应运而生。下面从用户服务、运营服务、业务服务等多维度，从网络侧分析5G网络最为关键的需求。

2.3 用户服务的需求

5G网络技术作为新兴技术，支持多元化业务，5G新用户的体验必定体现了不同技术的交织和融汇。为此，5G网络也为现代技术发展提供了技术支持。5G用户服务需求如下：

①任何时间、任何地点的接入；②网络社会化，对海量、高密度终端设备的接入要求；③接入无关性，高效满足5G时代丰富应用和终端对接入能力的要求；④网络安全可靠。

2.4 运营服务的需求

5G网络将会是一个多网络、多层次、多域的巨量网络，网络运营管理需要具备弹性、自动化、智能化能力。①向高容量、高带宽、高弹性（灵活可靠）和低时延的目标继续提升；②网络资源智能高效利用；③多网并存下的自动化、智能化管理和用户体验无差性；④节约能耗，降低成本，提高收入。

2.5 业务服务的需求

5G将帮助人们真正进入网络社会，人们的生活方方面面都与网络息息相关，除了对原有网络服务的需求，新服务新业务也将会层出不穷。

①是对原有网络服务（如语音）的继承、提升、创新；②更丰富的业务模式，如虚拟运营等；③提升用户业务数据流处理的功能、性能和智能；④灵活的新业务部署，结合用户信息、网络状态及拓扑进行内容的分发。

此外，从产业生态系统角度来说，还要求网络能力可以向全产业链不同参与者开放，自由定制5G关键能力需求。

3 5G网络发展方向

首先根据5G网络发展，实时了解掌握5G技术发展特点及各行业发展状况。在现代科技发展过程中，不仅仅是技术上的竞争，更是各个业务发展应用的竞争。在5G网络基础建设过程中，加强5G核心技术的研发和技术突破。同时加强5G设备生产厂家、各通信厂家及单位的共同协同发展，为后续做准备。

其次不同行业需要相互沟通，协调创新发展。随着5G网络的成熟商用，随之而来的是新模式、新业务的快速兴起，在此期间，要做好垂直各行业的各项需求分析研究，及时发现业务新的增长点。在分析研究过程中，需要着重开展对垂直行业的5G网络相关技术研究与实验，大力发挥5G相关技术对各行业的支撑作用[1]。

4 5G网络技术特点

4.1 三大场景对承载网的需求

大容量场景要求单用户10 Gbps吞吐量：超高下载速率，超大带宽需求，超高时钟精度，要求网络架构更加扁平化，网络虚拟化，网络可编程化。

大连接场景要求106/km2连接数：超大海量连接数量，时延和带宽大小要求较低。

超低时延场景要求空口时延为1毫秒，端到端时延要求为5毫秒：超低时延要求，前传承载。

4.2 5G业务差异化的切片需求

随着5G网络的逐步部署和商用，运营商也从传统移动互联网市场逐步转向新兴垂直行业市场，而垂直行业市场的个性化要求差异明显，这些个性化差异化的业务需求从而催生出网络切片。网络切片按需组网，为了降低各运营商的建设成本，5G网络切片实施资源共享，使物理设施统一实现同一设备服务多种网络。

根据现阶段网络发展需求，5G网络切片实现的目的在于通过网络切片技术服务于不同行业的业务，针对不同业务需求，服务类型特点不同，确保业务需求服务的质量[2]。

5 5G网络架构特点

5.1 5G RAN功能重新划分

5G时代带宽需求高达数百Gbps到Tbps，需要引入eCPRI降低传输带宽。基带部分功能上移，大幅降低光纤带宽需求。采用集中控制面设置，可以提高业务的处理能力和灵活的扩展。通过采用MEC边缘计算等技术，满足uRLLC业务对超低时延的需求，如图1所示。

图1 5G RAN功能重新划分

在5G网络组网架构中，如果用户层面DU和控制层面CU不在同一架构，可以大大提高网络性能，以及负载均衡处理和实时性处理优化网络各项功能。CU内基站的移动性管理在一个CU内实现，简化了基站间移动性管理的复杂度。CU集中部署实现RAN的集中。CU包括PDCP和RRC的功能；CU集中的意义——虚拟化分离、RRC POOLING和本地业务结合。RNC在MAC层面分割（LOWMAC、HIGHMAC），包括rnc是pdcp/rrc-rlc-高层mac[3]。

5.2 5G RAN部署方式

对于5G网络，根据ITU-T明确指出，5G网络架构将采用控制层面CU和用户层面DU分离结构。而在实际现网5G网络建设组网过程中，会根据实际情况来确定组网结构是分离结构还是不分离结构。将用户面和控制面分开的部署方式将使5G的承载网和传送网被重新定义划分，其中，AAU和用户面之间归属于前传段；用户面和控制面之间归属于中传段；控制面之上归属于回传段。根据目前技术发展，现阶段针对5G网络的 RAN的部署架构主要包括D-RAN、C-RAN、CU云化部署三种方式[4]。

在5G网络RAN部署方式中，D-RAN部署为传统方式部署，D-RAN组网简单，部署清晰；在C-RAN部署过程中，需要将BBU集中安置，C-RAN部署方式可节省站点机房；CU云化部署方式可以实现5G网络的边缘计算和5G网络的智能化维护。C-RAN部署、D-RAN部署和CU云化部署这三种方式也应根据具体场景合理选择，如图2所示。

图2 5G网络RAN部署方式

5.3 5G网络云化

5G网络要云化，现在有些能力可以上到云端去，通过云端来集中处理。5G云化需要有接入云和控制云，从而实现网络资源的集约化管理，能够更好地调动网络资源。这里包括将来支持SDN和NFV。5G网络的实现不等于现有的移动网络被淘汰。如何实现多个移动网络协同，也需要利用云能力来处理。

5G网络云化，包括核心网云化、接入云化以及控制云化，接入和控制云化能够实现网络的集约化管理和更高效的网络资源调用。多个移动网络的协同，也需要网络云化。

5.4 5G核心网下沉

根据网络发展及业务需求，5G核心网伴随业务需求的变化将会慢慢被弱化，5G网络中的各种多功能将以更加扁平化方式实现，而且还会把更多5G网络上的不同功能下沉到基站侧，其中，包括媒体业务的分发，也包含对信令流程的重新规划设计等[5]。

核心网下沉需要满足某些特殊业务需求，由于业务对带宽和时延的要求不同，云业务处理将逐步采用分布式部署，比如工业物联网和车联网所应用的超低时延业务及增强现实的AR/VR业务等。弱化5G核心网的主要目的是要简化5G网络的整个系统流程设计，简化信令流程、降低时延，增加5G网络组网方式，特别是用户层面或控制层面的单独独立部署会大大提高5G网络的处理能力。

6 结束语

根据现代网络发展，5G网络已成为当代主流，5G网络技术及相关特性改变了人们生活中所涉及的各行各业的发展。5G网络的出现使人们生活方式有了大大的不同，特别是人们对生活质量的要求渐渐提高，5G网络技术可进一步提升各行业的用户体验。5G网络满足了当今时代人们生活工作中各行业的应用需求，支持当今社会的和谐创新发展。■