第9章 第五代移动通信系统技术发展

基础设施运营商
网络切片是利用虚拟化技术将 5G 网络物理基础设施资源根 据场景需求虚拟化为多个相互 独立、平行的虚拟网络切片。 每个网络切片按照业务场景的 需要和话务模型进行网络功能 的定制裁剪和相应网络资源的 编排管理。 一个网络切片可以视为一个实 例化的 5G 核心网架构，在一 个网络切片内，运营商可以进 一步对虚拟资源进行灵活的分 割，按需创建子网络。
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9.3.3 5G关键无线技术
3.频谱共享
为满足5G需求，除了争取更多专用频谱，还应该探索新的频谱使用 方式，扩展可用频谱。需解决的关键问题： 网络架构与接口 高层技术 物理层技术 射频技术
4.高频通信（6~100GHz）
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9.1 5G发展状况
4G网络进入大规模商用，5G成为 全球研发的热点
ITU提出工作计划，预计于2020年 底完成标准制定
3GPP将在R15阶段完成5G标准工作 制定
世界主要各国均开展5G相关项目
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9.2 5G概述
5G概念：第五代移动通信（5G），又称IMT-2020，将为社会提
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9.3.3 5G关键无线技术
7.灵活双工
传统LTE系统中 FDD 的固定成对频谱使用和TDD 的固定上下行时 隙配比已经不能够有效支撑业务动态不对称特性。灵活双工充分考虑了 业务总量增长和上下行业务不对称特性，有机地将TDD、FDD 和全双工 融合，根据上下行业务变化情况动态分配上下行资源，有效提高系统资 源利用率，可用于低功率节点的微基站，也可以应用于低功率的中继节 点。
3GPP Release10已经能够支持8个天线端口进行传输，5G中天线数 目进一步增加仍将是MIMO技术演进的重要方向。当MIMO系统中的 发送端天线端口数目增加到上百甚至更多是，就构成了大规模天线（ Massive MIMO）系统。
挑战：大规模天线的实用化，满足大规模天线在灵活部署、易于
运维等实际需求方面，仍面临许多挑战：天线的非理想特性、信道信 息的获取、多用户传输的挑战等。
年以及未来移动数据流量需求的主要技术手段[8]。此项技术通过更 加“密集化”的无线网络基础设施部署获得更高的频率复用，从而在 局部热点区域实现百倍量级的系统容量提升。
挑战：持续的网络密度提升将带来新的挑战，如：干扰、移动性
、回传资源、装置成本等。
主要研究方向：
接入和回传联合设计：包括混合分层回传、多跳多路径的回传、自回 传技术和灵活回传技术。 干扰管理和抑制技术：基于接收机和基于发射机。 小区虚拟化技术：以用户为中心的虚拟化小区技术、虚拟层技术和软 扇区技术。
供全方位的信息生态系统，实现人与万物智能互联的愿景。
5G应用场景和能力指标：
图1 5G主要应用场景
图1 5G主要应用场景
图2 5G主要能力指标
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9.3 5G的关键技术
新型网络架构
5G关键技术
网络技术 无线技术
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RIT2
RIT1
6.灵活多址接入
多址接入技术是移动通信系统中满足多用户同时通信的重要手段，然 而4G 系统的单链路性能已经接近理论容量上限。 以SCMA、PDMA、MUSA为代表的非正交的新型多址技术可以不仅 能提升系统频谱效率，还可以增加有限资源下的用户连接数，增加系 统接入容量、降低延时。
网络生态更友好
网络状态信息和功能信息可以开放给垂 直行业和第三方的应用，提高用户的体 验，拓展网络生态，提升网络服务价值
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9.3.1 新型网络架构
总体设计:通过基础设施平台和网络构架两个方面的技术创新和协
同发展，实现网络变革。 新型基础设施平台将引入互联网和虚拟化技术，设计实现基于通用设 施的新型基础设施平台，关键技术是NFV和SDN。 新型的5G网络架构包含接入、控制和转发三个功能平面。
智能家居
服务
超高清视频
MECC
移动医疗
云存储
车联网
图8 移动边缘内容与计算
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9.3.2 5G关键网络技术
6.动态自组织网络
动态自组织网络是一种分布式网络，在系统架构方面具有支持更高 的灵活型、可扩展性和健壮性的特点。其主要具有以下优势： 部署灵活 支持多跳 高可靠性
控制面与转发面分离 控制面集中化 开放的可编程接口
控制层
网络操作系统
SDN 控制软件
网络业务
SDN架构
SDN的典型架构分为应用层、制层、数据转 发层（转发层）三个层面。 应用层包括各种不同的业务和应用，以 及对应用的编排和资源管理 控制层负责数据平面资源的处理，维护 网络状态、网络拓扑等 数据转发层则处理和转发基于流表的数 据，以及收集设备状态
图7 灵活的网络切片
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9.3.2 5G关键网络技术
4.多连接
多连接是指对给定用户配置至少两个不同网络节点的无线资源操作 。多连接的优势主要体现在以下几个方面： 速率增强。 鲁棒性连接以降低连接错误、保证连续的QoS。 无缝移动性以保证“0”切换中断。
f f
t 小基站A f f 小基站B
t
t 小基站A 小基站B
t
图10 时域及频域的灵活资源分配
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9.3.3 5G关键无线技术
8.先进调制与编码
在3G、4G 时代，Turbo 码和正交振幅调制已经使得在单天线情况 下可以逼近香农极限，面对未来的5G 时代的多种应用场景与需求，需 要设计更先进的调制编码技术。先进调制编码主要技术可分为： 链路级调制编码：多元域编码、比特映射技术、联合编码调制 链路自适应：设计具有多种候选码率和码长的码字 网络编码：码字设计和系统设计
优点：具有更加丰富的空闲频谱资源，可利用的频谱范围宽，传播方 向性强，抗干扰性好，安全性高，频率复用性高。 缺点：传播损耗较大，墙壁等障碍物衰减很大，收发系统的频偏会较 大。同时由于高频段波长较小，所以元器件的尺寸就小，器件加工精 度要求高。
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9.3.3 5G关键无线技术
5.统一自适应帧结构
5G 的帧结构可能是一个小的集合 而非单一选项。一个统一的帧结构 如图9所示，这里5G 是统一的空口 ，就像一个容器，承载着多种无线 空口技术（Wireless air interface technology，RIT）
RIT3
RIT2 RIT2 RIT3 图9 统一的帧结构
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9.3.2 5G关键网络技术
3.灵活的网络切片
网络切片的特点
设 备 厂 商 网络运营商 根据模板设计网路切片
网络编排功能
网络切片模板注册
2
3
创 建 分 配
4
实 例 化
5
监 控 管 理
1
vMSE
vEPC
vIMS
云化基础设施
虚拟资 源1 虚拟资 源2 虚拟资 源3 虚拟资 源4
全面提升智能感知和决策能力，通过 对地理位置、用户偏好、终端状态和 网络上下文等各种特性的实时感知和 分析，制定决策方案，实现数据驱动 的精细化网络功能部署和自动化运营
网络功能更灵活
支持基站即插即用和自组织网络，实 现易部署、易维护的轻量化接入网拓 扑；网络功能将进一步简化与重构， 提供高效灵活的网络控制与转发功能
7.网络能力开放
网路能力开放的目的在于实现向第三方提供所需网络的能力。网络 能力开放主要包括： 网络及用户信息开放 无线业务及网络资源开放 网络计算资源开放
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9.3.3 5G关键无线技术
1.大规模天线 概述：大规模天线技术（Massive MIMO）的基础是MIMO技术。
关键技术：
应用场景与信道建模。 信道状态信息的传输与检测技术 多用户调度与资源管理技术 大规模有源阵列天线技术
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9.3.3 5G关键无线技术
2.超密集组网（UDN） 概述：超密集组网（Ultra dense network，UDN）将是满足2020
高速交换 负载均衡 高速交换 负载均衡 高速交换
RRH RRH RRH RRH RRH RRH RRH
RRH
RRH
RRH
图4 C-RAN网络架构
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9.3.2 5G关键网络技术
2.SDN/NFV
应用层
业务应用
API API API
SDN特性
控制数据平面接口 如：OpenFlow
数据转发层
网络设备 网络设备 网络设备 网络设备 网络设备
图5 SDN典型架构
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9.3.2 5G关键网络技术
NFV优势
虚拟网络功能（VNF） VNF VNF VNF VNF VNF
NFV基础设施（NFVI） 虚拟计算 虚拟存储 虚拟网络
目录
9.1 5G发展状况
9.1.1 5G发展概述
9.1.2 国际标准化组织积极推进百度文库G标准制定 9.1.3 世界主要各国的5G研究动态
9.2 5G概述
9.2.1 5G的概念 9.2.2 5G的应用场景 9.2.3 5G的能力指标
9.3 5G的关键技术
9.3.1 5G新型网络架构 9.3.2 5G关键网络技术 9.3.3 5G关键无线技术
5G网络逻辑架构 核心网
转发功能
网络能力开放 网络资源管理 网络集中控制调度 控制逻辑
控制平面 控制功能
分布式组网 集中式组网 动态自组织网 Mesh网 Wi-Fi
内容存储分发 业务使能 分布转发 数据中心
接入网
接入功能
接入平面
转发平面
图3 5G网络逻辑架构
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9.3.1 新型网络架构
5G新型网络架构将与无线空口技术共同推进5G发展。
发展方向：性能更优质、功能更灵活、运营更智能和生态
更友好
网络运营更智能
网络性能更优质
满足超高接入速率、超低时延、超高可靠 性的用户体验；超高流量密度、超高连接 数密度以及超高移动性的接入要求；带来 百倍的能效提升和数倍的频谱效率提升
9.4 面临的挑战和未来技术趋势
9.4.1 5G挑战 9.4.2 5G未来技术发展方向
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学习重点与要求
• • •
了解5G的发展状况 掌握5G的概念和主要关键技术 了解5G的未来发展趋势
Principle Mobile of Communication Mobile Communication Theory
5.移动边缘内容与计算技术
虚拟现实 工业控制 增强现实
内容 应用
MECC技术挑战
合作问题：需要运营商、设备商、 内容提供商和应用开发商之间的合 作，与5G网络进行整合。 安全问题：为新的业务提供安全机 制。 移动性问题：终端在不同的 MECC 间移动时，为用户提供抑制的业务 体验。 计费问题：应用下移后，提供计费 功能。
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9.3.2 5G关键网络技术
1.C-RAN
虚拟基站 集群
虚拟基站集群
虚拟基站 集群
实现C-RAN的关键技术
集中化：集中化部署可缓解选址 困难和能耗问题、降低建网成本 及提高建网速度、降低运维工作 量和成本、解决大范围潮汐效应 问题。 协作化：为进一步降低网络调度 过程中的复杂度，协作式处理和 调度机制应用于几个小区组成的 “小区簇”中。 云化：云基站的概念是指开放小 区中心频谱效率台的大规模资源 池，以软件实现多模基站，并实 现硬件平台对软件应用的开放。
NFV 管理 和 编排
虚拟化层
计算
存储
网络
图6 NFV架构
NFV 是从运营商角度出发 提出的一种软件和硬件分 离的架构，将虚拟化技术 引入到电信领域，采用通 用平台来完成专用平台的 功能。 NFV 能 实 现 软 件 的 灵 活 加 载，从而可以在数据中心 、网络节点和用户端等不 同位置灵活地部署配置 ， 加快网络部署和调整的速 度，降低业务部署的复杂 度，提高网络设备的统一 化、通用化、适配性等。