韓 蕓

（安徽省淮南無線電監(jiān)測站， 安徽 淮南 232000）

一、引言

隨著第四代無線通信技術(shù)的推廣，面對新的無線應(yīng)用程序?qū)o線技術(shù)更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，更大的網(wǎng)絡(luò)容量，更高的頻譜利用率和更有效的能源利用率的持續(xù)增長的需求，運(yùn)營商們面臨著更大的壓力。而4G網(wǎng)絡(luò)僅僅大約達(dá)到了目前技術(shù)理論上的數(shù)據(jù)速率限制，不足以應(yīng)付上述挑戰(zhàn)。第五代無線通信技術(shù)的研發(fā)迫在眉睫。移動互聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展是5G移動通信的主要驅(qū)動力，5G移動通信的主要發(fā)展目標(biāo)將是與其他無線移動通信技術(shù)密切銜接，為移動互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展提供無所不在的基礎(chǔ)性業(yè)務(wù)能力。5G并不是單一的無線接入技術(shù)，也不是幾個全新的無線接入技術(shù)，而是多種新型無線接入技術(shù)和現(xiàn)有無線技術(shù)集成后的解決方案總稱。從某種程度上講，5G是一個真正意義上的融合網(wǎng)絡(luò)，是傳輸速率可以達(dá)到10Gbps的移動通信技術(shù)[1-2]。

由于5G采用了非常高的帶寬，它將會大大改變?nèi)缃褚苿油ㄐ诺拿婷病?G將支持正交頻分復(fù)用、多載波碼分多址、大區(qū)域同步碼分多址、超寬帶和IPV6。可以設(shè)想5G網(wǎng)絡(luò)將成為真正的世界級無線網(wǎng)，其基本特點在于覆蓋率大，傳輸速率提升，延遲減少，傳輸寬帶增加。

二、5G核心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

在目前的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，UE更改分組數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)和IP地址時，只能通過重新附著的方式，無法支持頻繁的網(wǎng)間切換。同時，固定錨定點的使用，也造成了核心網(wǎng)路由的低效率。如果所有運(yùn)營商都能通過IP網(wǎng)絡(luò)連接到一個擁有巨大容量的超級核心網(wǎng)絡(luò)，則能大大減少連接成本，降低網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性，同時可以減少端到端連接的網(wǎng)絡(luò)實體數(shù)量和網(wǎng)絡(luò)時延。未來，5G網(wǎng)絡(luò)將是一個基于全I(xiàn)P和納米核心網(wǎng)技術(shù)的扁平化移動通信系統(tǒng)，新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)能給UE帶來GW之間的無縫切換，而不受GW獨立性限制。此外，在5G通信系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)還包括一種用戶終端和各種獨立的、自動無線接入技術(shù)。

（一）扁平化IP網(wǎng)絡(luò)

在5G時代，基站將更加小型化，具備更強(qiáng)大的功能，可以安裝在各種場景，并與周圍環(huán)境更好地融合；對用戶而言，無論何時何地，都可隨意接入網(wǎng)絡(luò)，并保持永遠(yuǎn)在線。但在現(xiàn)階段，由于EPC網(wǎng)絡(luò)使用固定網(wǎng)元P-GW作為分層結(jié)構(gòu)，不能靈活拓展，無法適應(yīng)未來超高速的流量增長。因此，在未來的通信系統(tǒng)中，將引入扁平化IP架構(gòu)。

扁平化IP架構(gòu)提供了一個能夠通過名稱而不是IP地址來識別終端的方法，并根據(jù)M-ICT時代的業(yè)務(wù)特性進(jìn)行扁平化改造。扁平化IP架構(gòu)通過分布云的移動核心信息傳遞功能、分布式軟件架構(gòu)和邏輯GW及網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化等技術(shù)，將垂直的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)為分布式的水平網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。扁平化IP的顯著優(yōu)點有：（a）低成本（b）通用的無縫訪問（c）提高用戶經(jīng)驗（d）降低系統(tǒng)延遲。扁平化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)從網(wǎng)絡(luò)中移除了以語音為中心的層次機(jī)構(gòu)，而不是覆蓋語音網(wǎng)絡(luò)的核心數(shù)據(jù)包。刪除網(wǎng)絡(luò)鏈中的多個元素可以實現(xiàn)分離和簡化數(shù)據(jù)體系結(jié)構(gòu)。

5G網(wǎng)絡(luò)利用扁平化IP的概念使得不同RAN升級到單個納米核心網(wǎng)變得容易許多。我們的5G網(wǎng)絡(luò)使用納米技術(shù)作為由于扁平化IP帶來的安全問題的防御工具。為了滿足客戶希望通過移動寬帶實時傳送數(shù)據(jù)的需求，無線運(yùn)營商正在轉(zhuǎn)向扁平化IP網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。扁平化IP體系結(jié)構(gòu)提供了一種利用符號名稱識別設(shè)備的方法，不同于在平常IP地址中使用的層次結(jié)構(gòu)。這一點引起了運(yùn)營商們的興趣，向扁平化IP架構(gòu)的轉(zhuǎn)變可以有以下優(yōu)點：

（1）減少了降低運(yùn)營成本和資本開支時網(wǎng)絡(luò)元素的數(shù)目；

（2）部分較少了從數(shù)據(jù)傳輸量到新出現(xiàn)的應(yīng)用程序需求的基礎(chǔ)設(shè)施能力的提供服務(wù)成本；

（3）最小化系統(tǒng)延遲和啟用應(yīng)用程序可以在延遲時有一個較小的容差，在無線鏈路上即將到來的延遲增強(qiáng)也可以完全實現(xiàn)；

（4）分組核心網(wǎng)絡(luò)和電臺訪問相對過去更大程度的獨立了，在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和部署上創(chuàng)造了更大的靈活性；

（5）發(fā)展一個靈活的核心網(wǎng)絡(luò)可以作為跨移動和通用IP的服務(wù)創(chuàng)新的基礎(chǔ)。

（二）納米核心網(wǎng)技術(shù)

納米核心網(wǎng)是納米技術(shù)、云計算、全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)的融合[3-4]。

1.納米技術(shù)

納米技術(shù)指的是將納米科學(xué)運(yùn)用在操作控制上，將精度控制在0.1～100nm的范圍之內(nèi)。納米技術(shù)已經(jīng)展現(xiàn)了它在移動通信和核心網(wǎng)中的影響力，納米技術(shù)將成為通信行業(yè)迅速轉(zhuǎn)向下一代的里程碑技術(shù)。這就要求設(shè)備必須是可移動的，在5G通信中，移動終端將被植入納米技術(shù)的芯片，稱之為“納米終端”，將具有前所未有的感應(yīng)、計算和通信等能力。因此，在5G通信中，納米核心網(wǎng)的納米設(shè)備是移動終端本身。

2.云計算

云計算是一種使用互聯(lián)網(wǎng)和中央遠(yuǎn)程服務(wù)器維護(hù)數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序的技術(shù)。云計算允許用戶可以使用無需安裝的應(yīng)用程序和通過互聯(lián)網(wǎng)訪問他們在任何一臺計算機(jī)上的個人文件。相同的概念運(yùn)用到納米核心網(wǎng)中，當(dāng)用戶嘗試訪問他的私人賬戶，納米核心網(wǎng)將以云的形式形成一個全球內(nèi)容提供者。云計算的發(fā)展給運(yùn)營商們帶來了巨大的商機(jī)。自從云計算依賴于網(wǎng)絡(luò)，它已經(jīng)顯示了網(wǎng)絡(luò)的巨大意義，并促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。運(yùn)營商可以進(jìn)入云計算市場并創(chuàng)建新的增值服務(wù)，行業(yè)整合的經(jīng)驗和數(shù)字超級市場模型的應(yīng)用。這可以使得我們的用戶獲得更多實時有效利用5G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。

5G網(wǎng)絡(luò)是一個基于云計算的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。由于在引入無線新技術(shù)的同時必須滿足對現(xiàn)存制式的接入控制，因此，需要建立一種新的控制機(jī)制來協(xié)調(diào)各種制式之間、頻段之間以及小區(qū)之間的無線資源，以顯著提升用戶在各種場景下的數(shù)據(jù)接入能力。通過將無線資源的管理和調(diào)度功能云化，按需進(jìn)行資源劃分和管理，同時，通過云端將無線接入和移動節(jié)點虛擬化，利用智能的內(nèi)容傳送網(wǎng)絡(luò)SDN，將大大降低網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和管理成本，最終實現(xiàn)5G級現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一運(yùn)營。

3.全 IP 網(wǎng)絡(luò)

如前文所述，在5G網(wǎng)絡(luò)中，將不同的技術(shù)融合形成單一的納米核心網(wǎng)，因此，我們需要一個共同的交互平臺。扁平化的IP結(jié)構(gòu)將扮演者至關(guān)重要的角色。全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建思想最早由3GPP在R4版本中提出，以滿足不斷增長的移動通信市場要求。全I(xiàn)P網(wǎng)極大地滿足了無線通信業(yè)務(wù)發(fā)展的需求，使用戶可以隨時隨地地通過無線網(wǎng)絡(luò)獲取數(shù)據(jù)應(yīng)用，為運(yùn)營商提供一個持續(xù)的革新方案和優(yōu)化方案，使其在產(chǎn)品的性能和價格上更有競爭力。

所有基于全I(xiàn)P的服務(wù)對基于全I(xiàn)P的設(shè)備和裝置有嚴(yán)格的性能要求，這反過來造成了對多核技術(shù)的需求增長，對下一代網(wǎng)絡(luò)的有線和無線先進(jìn)電信服務(wù)和企業(yè)也有日益增長的需求。在未來幾年內(nèi)，超過100億固定和移動設(shè)備將會通過互聯(lián)網(wǎng)連接到已有的連接中。所有這些服務(wù)都將要部署到全I(xiàn)P化的體系結(jié)構(gòu)中。

三、射束分割多址技術(shù)在5G網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

移動通信的目的是讓更少的花費享受更先進(jìn)、更多樣化的通信服務(wù)。由于有限的頻率范圍，為用戶提供更多的系統(tǒng)孔家和高質(zhì)量的服務(wù)勢必會給無線通信帶來巨大的挑戰(zhàn)。應(yīng)對這個挑戰(zhàn)的方法就在于如何利用有限的頻率與時隙，而多址技術(shù)能很好地完成這個目的。射束分割多址技術(shù)根據(jù)移動基站的位置劃分天線數(shù)據(jù)流，允許移動基站獲取更多的訪問，因此對于增加系統(tǒng)性能有巨大意義[5]。在移動通信系統(tǒng)中，因為有限的頻率資源與時隙資源被分割，并被不同的用戶使用，所以有限的頻率與時隙決定了移動通信系統(tǒng)的容量。所以，不斷地增加移動基站數(shù)量與各自基站的數(shù)據(jù)量是未來網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的趨勢。

四、結(jié)論

5G網(wǎng)絡(luò)將融合多種無線通信技術(shù)，能很好地解決頻率許可和頻譜管理問題，給運(yùn)營商帶來更小的投入和更大的經(jīng)濟(jì)收益，在安全私密性上也將給公眾提供前所未有的完美體驗。未來，5G技術(shù)將從每一個細(xì)微的方面在全球范圍內(nèi)改變?nèi)祟惖纳罘绞?，成為一個新革命的開始。

[1]余 莉，張治中，等.第五代移動通信網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù)[J].重慶郵電大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）,2014,（4）.

[2]黃 韜.未來網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)研究綜述[J].通信學(xué)報,2014,（8）.

[3]尤肖虎，潘志文，等.5G移動通信發(fā)展趨勢與若干關(guān)鍵技術(shù)[J].中國科學(xué),2014,（5）.

[4]月 球，王曉周，等.5G網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)及核心網(wǎng)架構(gòu)探討[J].現(xiàn)代電信科技,2014，（12）.

[5]王景堯，白 巖，等.5G無線通信技術(shù)發(fā)展跟蹤與分析[J].現(xiàn)代電信科技,2014，（12）.