第1章 5G网络概述

第四代移动通信技术（4G）以正交频分多址（Orthogonal Frequency Division Multiple Access,OFDMA）接入技术为基础，其数据业务传输速率达到每秒百兆比特，能够在较大程度上满足宽带移动通信应用需求。然而，随着智能终端普及应用和移动新业务需求持续增长，4G无线通信的传输速率、时延和容量仍然难以满足未来移动通信的应用需求。

国际移动通信2020（International Mobile Telecommunications 2020,IMT2020）（5G）（即第五代移动通信技术5G）网络定位于频谱效率更高、速率更快、容量更大、时延更低的无线网络，面向行业客户，提供物与物之间连接，使能智能社会。5G网络支持100Mbit/s的用户体验速率、每平方千米100万的连接数密度、毫秒级的端到端时延、500km/h以上的移动性和20Gbit/s的峰值速率。其中，用户体验速率、连接数密度和时延为5G最基本的3个性能指标。同时，相比4G,5G大幅提高网络部署和运营的效率，其效率提升百倍以上。5G网络8个关键能力指标要求见表1-1。

表1-1 5G网络8个关键能力指标要求

注：1.ITU（International Telecommunications Union，国际电信联盟）。

2.DL（Down Link，下行链路）。

3.UL（Up Link，上行链路）。

4.eMBB（enhance Mobile Broad Band，增强移动宽带）。

5.RTT（Round Trip Time，往返路程时间）。

6.uRLLC（ultra-Reliable Low Latency Communications，超高可靠和超低时延通信）。

7.能效指单位能量可以传送的数据量。

8.IMT-A是国际电信联盟制定的4G移动通信标准规范。

另外，ITU为5G定义了eMBB、海量物联网通信（massive Machine Type Communication, mMTC）和uRLLC三大应用场景，具体应用包括超高清视频、增强现实（Augmented Reality,AR）/虚拟现实（Virtual Reality,VR）、智慧城市、智慧家居、紧急任务应用、工业自动化、自动驾驶等。

面对多样化场景的极端差异化性能需求，5G很难像以往一样以某种单一技术为基础形成针对所有场景的解决方案。5G技术创新涵盖无线技术和网络技术两个方面：在无线技术领域，mMIMO、超密集组网（Ultra Dense Network,UDN）、新型多址和全频谱接入等技术已成为业界关注的焦点；在网络技术领域，基于软件定义网络（Software Defined Network,SDN）和网络功能虚拟化（Network Function Virtualization,NFV）的新型网络架构已取得广泛共识。4G到5G网络的演进如图1-1所示。

图1-1 4G到5G网络的演进

1.BBU（Base Band Unit，基带处理单元）。

2.RRU（Radio Remote Unit，射频拉远单元）。

3.PHY（Physical，物理层）。

4.AAU（Active Antenna Unit，有源天线单元）。

5.D-RAN（Distributed Radio Access Network，分布式无线接入网）。

6.C-RAN（Centralized Radio Access Network，集中式无线接入网）。

7.5GC（5G Core,5G核心网）。

8.CP（Control Plane，控制平面）。

9.UP（User Plane，用户平面）。

10.CDN（Content Delivery Network，内容分发网络）。

11.V2X（Vehicle to Everything，车对外界的信息交换）。

12.CU（Centralized Unit，中央单元）。

13.DU（Distributed Unit，分布式单元）。

14.V2X Server（车对外界的信息交换服务器）。

15.CC（Component Carrier，分量载波）。

与4G相比，5G网络变化主要表现为以下几个方面。

① 5G网络空口支持20Gbit/s的峰值速率，用户体验速率达到100Mbit/s。

② 从原来集中式的核心网演变为分布式核心网。核心网用户面功能可以下沉到接入机房或站点机房，在地理位置上更靠近终端，减小传输时延。

③ 分布式应用服务器（Application Server,AS）。AS部分功能下沉至边缘机房，并在边缘机房部署MEC。MEC将应用、处理和存储推向移动边界，使数据得到实时、快速处理，以减少时延，减轻网络负担。

④ 重新定义BBU和RRU功能。5G网络将BBU拆分为CU和DU两种，用AAU取代RRU和天线，同时将原BBU部分PHY功能下沉到AAU，以减小前传容量，降低前传带宽需求。

⑤ NFV在通用的服务器上通过软件来实现网元功能，其最终目标是使软硬件分离，通过基于行业标准的x86服务器、存储和交换设备，取代通信网专用的网元设备。

⑥ SDN是一种新型的网络架构。它将网络设备上的控制权分离出来，由集中的控制器来管理，不需要依赖底层网络设备，直接屏蔽了来自底层网络设备的差异。控制权完全开放，用户可以自定义网络路由和传输规则策略，从而更加灵活和智能。5G网络通过SDN连接MEC和核心云里的虚拟机（Virtual Machines,VMs）,SDN控制器执行映射，建立核心云与边缘云之间的连接。

⑦ 网络切片技术：将电信运营商的物理网络划分为多个虚拟网络，每个虚拟网络根据不同的服务需求，例如，时延、带宽、安全性和可靠性等来划分，从而灵活地应对不同的网络应用场景，提供差异化服务，满足不同业务需求。

⑧ 5G空口技术演进。5G空口技术演进见表1-2。

表1-2 5G空口技术演进

注：1. DFT-S-OFDM（Discrete Fourier Transform-Spread-Orthogonal Frequency Division Multiplexing，基于离散傅里叶变换的扩频正交频分复用）。

2.CP-OFDM（Cyclic Prefix Orthogonal Frequency Division Multiplexing，循环前缀正交频分复用）。

3.F-OFDM（Filtered Orthogonal Frequency Division Multiplexing，滤波正交频分复用）。

4.QPSK（Quaternary Phase Shift Keying，四相移相键控）。

5.QAM（Quadrature Amplitude Modulation，正交振幅调制）。

6.Turbo是指Turbo码。

7.Polar是指Polar码。

8.LDPC（Low Density Parity Check，低密度奇偶校验）。

9.MIMO（Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出）。

10.8T8R（8个发射天线，8个接收天线）。