5G网络架构与关键技术
5G网络架构与关键技术
5G网络架构与关键技术随着技术的进步和人们对通信需求的不断增长，5G网络已成为当前科技领域的热门话题。
5G网络将是第五代移动通信技术的缩写，它将以更高的速度、更低的延迟和更稳定的连接来实现更快速、更可靠的数据传输。
本文将主要介绍5G网络的架构和关键技术。
1.5G网络架构核心网络：5G核心网络具有分布式架构，它分为多个网络切片（Network Slicing），每个切片都专门用于实现不同的通信需求，如增强型移动宽带（eMBB）、大规模机器通信（mMTC）和超可靠低延迟通信（URLLC）。
这样的设计可以为不同行业和业务提供个性化的网络体验。
边缘计算：由于5G网络下的大量数据传输和处理可能导致网络延迟增加，为了使数据传输更加高效，5G引入了边缘计算概念。
边缘计算通过将计算和存储能力推向网络边缘，将计算任务分配到更接近终端用户的边缘节点上，从而降低网络延迟和流量负载，提高网络性能和用户体验。
无线接入网：5G无线接入网具有多层次的分布式结构，包括宏基站、微基站和室内小基站。
宏基站用于覆盖广域，微基站用于提供高密度的覆盖和容量，室内小基站用于提供室内覆盖。
此外，5G还引入了Massive MIMO（Massive Multiple Input Multiple Output）技术，通过使用大量天线和波束成形技术来提高网络容量和覆盖范围。
2.关键技术为了实现5G网络的高速率、低时延和大容量等特点，5G网络依赖于许多关键技术。
毫米波通信：5G网络广泛使用毫米波频段（mmWave），它具有更宽的频谱和更高的传输速率。
然而，由于毫米波频段的特殊传播特性，如高传输损耗和较短的传输距离，需要使用波束成形和中继技术来克服这些问题。
超密集组网：5G网络可以实现超密集组网，即高密度的基站部署。
通过将基站部署在更多的地方，并使用更小的基站，可以提供更好的覆盖和更高的容量。
网络切片技术：5G网络可以根据不同的应用需求，将网络划分为多个独立的逻辑切片，每个切片都适用于不同的应用场景。
5G移动通信网络构架与关键技术要点分析
2020年第07期325G 移动通信网络构架与关键技术要点分析袁晓辉1，张永奎21.中国电科集团北京中网华通设计咨询有限公司，北京 100080；2.陕西铁塔通信发展部规划设计与创新中心，陕西 西安 710000摘要：移动通信网络技术与互联网的发展亦步亦趋，在互联网高速发展的背景下，移动通信网络技术也得以不断地创新升级。
5G 移动网络通信技术已经成为未来通信技术发展的主要趋势，相关人员需要提高对5G 移动通信网络的重视程度，并加大投入，加深研究。
在推动创新与全行业协调发展的目标下，必须严格贯彻落实国家关于5G 移动通信网络的发展政策，从技术角度出发，提供稳定的发展助力。
关键词：5G 移动通信；网络构架；关键技术中图分类号：TN929.50 引言通信技术经过几十年的发展，从20世纪80年代的1G 语音技术到2G 的语音短信，再到伴随着智能手机出现的3G 网络技术以及移动互联网的4G 技术，到已经来临的5G 技术，人类从简单的语音沟通到现在的信息随处可见和万物信息随想所及，通信技术发生了翻天覆地的变化。
随着工业4.0的推进，国家倡导工业化和信息化深度融合的理念，5G 技术尤为重要。
研究5G 关键技术有助于5G 技术落地，更好地为人类的科技进步做出贡献［1］。
1 5G 通信技术特点现阶段4G 技术已经在人类社会的各行各业得到了非常广泛的应用，其对人类的生产和生活方式带来了巨大的变革，使人们进一步认识到了通信技术的发展对社会变革的巨大影响。
通信技术从3G 进步到4G，其最大进步在于通信传输速度的提升，4G 时代实现了视频的在线观看，相较于3G 通信技术是一场巨大的变革。
5G 通信技术同4G 通信技术相比，其信息的传输效率得到了进一步提升，具体体现在5G 网络的信息下载和上传速度远超4G 时代。
5G 通信技术在实际应用的过程之中其特点主要体现在以下几个方面：（1）用户体验更佳。
用户在使用移动通信技术的过程之中信息的传输速度和传输质量将对用户的体验造成巨大的影响。
5G SA的网络架构和关键技术
5G SA的网络架构和关键技术5G SA是指基于5G独立组网（Standalone）的网络架构，与之相对应的是5G NSA （Non-Standalone）网络架构。
下面将介绍5G SA的网络架构和关键技术。
1. 网络架构：5G SA网络架构主要包括核心网、无线接入网与用户设备三个部分。
1.1 核心网：5G SA核心网的架构由5G核心网（5GC）和业务支持系统（Business Support System，BSS）组成。
5GC是5G SA核心网的关键组成部分，包括核心用户面、核心控制面和网络管理平面。
在核心用户面上，5GC提供了一系列的业务功能，例如用户识别、安全策略、会话管理等。
核心控制面负责用户数据的传输和路由，以及网络功能的控制和协调。
网络管理平面负责网络的配置、管理和监控。
1.2 无线接入网：5G SA的无线接入网包括5G基站和传输网络两部分。
5G基站负责与用户设备之间的无线通信，通过用户设备接入射频信号进行数据传输。
传输网络负责将用户设备传输的数据进行处理和转发，以保证数据的稳定性和可靠性。
1.3 用户设备：就像其他移动通信网络，5G SA网络中的用户设备包括手机、平板电脑、物联网设备等。
用户设备通过5G基站与核心网和其他用户设备进行通信。
2. 关键技术：2.1 新空口技术：为了实现更高的数据传输速率和更低的时延，5G SA引入了新的空口技术，如高增益多天线技术（Massive MIMO）、波束成形技术（Beamforming）和多路径接收技术等。
这些技术可以增加无线信号的覆盖范围和传输效率，提高网络的容量和性能。
2.2 网络切片：5G SA支持网络切片技术，将网络资源按照不同的业务需求进行划分和分配，可以为不同的应用场景提供定制化的网络服务。
网络切片可以提高网络的灵活性和可扩展性，支持各种不同类型的应用，如增强型移动宽带、物联网和车联网等。
2.3 蜂窝协同传输：5G SA引入了蜂窝协同传输技术，可以将多个基站的传输资源进行协同利用，提高网络的能源效率和容量。
5G SA的网络架构和关键技术
5G SA的网络架构和关键技术5G Standalone（SA）是第五代移动通信技术（5G）的一种网络架构模式。
与之前的5G Non-Standalone（NSA）相比，SA采用了更加独立的网络架构，能够提供更高速的数据传输和更低的延迟。
下面将详细介绍5G SA的网络架构和关键技术。
1. 网络架构5G SA的网络架构主要由三部分组成：用户面、控制面和管理平面。
1.1 用户面（User Plane）用户面负责数据传输，包括用户数据的传输和处理。
在5G SA网络中，用户面通过分层架构来实现高效的数据传输。
用户数据流经用户设备（User Equipment，UE）进入无线接入网（Radio Access Network，RAN），然后通过传输网（Transport Network）进入核心网（Core Network，CN）。
在核心网内，用户数据会经过多个网络节点的处理，最终到达目标终端设备。
1.2 控制面（Control Plane）控制面负责管理网络资源，包括用户设备的接入认证、用户会话管理以及网络功能的调度和控制。
在5G SA网络中，控制面采用了灵活的分布式架构，可以更好地适应复杂的网络环境和服务需求。
核心网内的控制面由多个网络节点组成，每个节点负责管理一部分用户设备和网络功能。
1.3 管理平面（Management Plane）管理平面负责网络的管理和运维，包括网络配置、故障诊断和安全管理等。
在5G SA网络中，管理平面使用了统一的网络管理系统，能够集中管理和监控整个网络的运行状态，并及时对网络故障进行处理。
2. 关键技术2.1 网络切片技术网络切片是5G SA网络的关键技术之一，它可以将一个物理网络划分为多个独立的逻辑网络，每个网络都可以根据不同的业务需求和性能要求进行优化和配置。
通过网络切片技术，5G SA网络可以同时支持多种不同的应用场景，如增强移动宽带、工业互联网和车联网等。
2.2 Massive MIMO技术Massive MIMO（Massive Multi-Input Multi-Output）是5G SA网络中的关键无线通信技术，它通过使用多个天线来同时传输和接收多条数据流，提高了信号传输的容量和覆盖范围。
5G网络技术有哪些？20种5G关键技术详解
5G⽹络技术有哪些？20种5G关键技术详解5G⽹络技术有哪些?5G⽹络技术主要分为三类：核⼼⽹、回传和前传⽹络、⽆线接⼊⽹。
接下来的⽂章中⼩编将会介绍多种5G关键技术，想知道的朋友不要错过哦！核⼼⽹核⼼⽹关键技术主要包括：⽹络功能虚拟化（NFV）、软件定义⽹络（SDN）、⽹络切⽚和多接⼊边缘计算（MEC）。
1 ⽹络功能虚拟化（NFV）NFV，就是通过IT虚拟化技术将⽹络功能软件化，并运⾏于通⽤硬件设备之上，以替代传统专⽤⽹络硬件设备。
NFV将⽹络功能以虚拟机的形式运⾏于通⽤硬件设备或⽩盒之上，以实现配置灵活性、可扩展性和移动性，并以此希望降低⽹络CAPEX和OPEX。
NFV要虚拟化的⽹络设备主要包括：交换机（⽐如Open vSwitch）、路由器、HLR（归属位置寄存器）、SGSN、GGSN、CGSN、RNC（⽆线⽹络控制器）、SGW（服务⽹关）、PGW（分组数据⽹络⽹关）、RGW（接⼊⽹关）、BRAS（宽带远程接⼊服务器）、CGNAT（运营商级⽹络地址转换器）、DPI（深度包检测）、PE路由器、MME（移动管理实体）等。
NFV独⽴于SDN，可单独使⽤或与SDN结合使⽤。
2 软件定义⽹络（SDN）软件定义⽹络（SDN），是⼀种将⽹络基础设施层（也成为数据⾯）与控制层（也称为控制⾯）分离的⽹络设计⽅案。
⽹络基础设施层与控制层通过标准接⼝连接，⽐如OpenFLow（⾸个⽤于互连数据和控制⾯的开放协议）。
SDN将⽹络控制⾯解耦⾄通⽤硬件设备上，并通过软件化集中控制⽹络资源。
控制层通常由SDN控制器实现，基础设施层通常被认为是交换机，SDN通过南向API（⽐如OpenFLow）连接SDN控制器和交换机，通过北向API连接SDN控制器和应⽤程序。
SDN可实现集中管理，提升了设计灵活性，还可引⼊开源⼯具，具备降低CAPEX和OPEX以及激发创新的优势。
3 ⽹络切⽚（Network Slicing）5G⽹络将⾯向不同的应⽤场景，⽐如，超⾼清视频、VR、⼤规模物联⽹、车联⽹等，不同的场景对⽹络的移动性、安全性、时延、可靠性，甚⾄是计费⽅式的要求是不⼀样的，因此，需要将⼀张物理⽹络分成多个虚拟⽹络，每个虚拟⽹络⾯向不同的应⽤场景需求。
5G SA的网络架构和关键技术
5G SA的网络架构和关键技术5G SA（Standalone）是指独立部署的5G网络架构，相对于5G NSA（Non-Standalone）来说，5G SA不再依赖于4G基站和网络。
下面将从网络架构和关键技术两个方面介绍5G SA。
一、网络架构：5G SA的网络架构主要包括核心网和无线接入网两个部分。
1. 核心网：5G SA的核心网由多个云原生网络函数组成，其中包括核心控制层（Core Control Plane）和核心用户面层（Core User Plane）。
核心控制层包括以下几个关键功能节点：- AMF（Access and Mobility Management Function）：负责用户接入和移动性管理。
- SMF（Session Management Function）：负责会话管理和策略控制。
- UPF（User Plane Function）：负责用户面数据包传输和处理。
2. 无线接入网：5G SA的无线接入网主要由NR gNodeB（New Radio gNodeB）和UE（User Equipment）组成。
NR gNodeB是5G SA中的基站，它通过与核心网交互，提供接入、定位、传输等功能。
NR gNodeB之间通过Xn接口进行连接，与核心网之间通过NG接口连接。
UE是用户设备，也就是我们所使用的手机、电脑等终端设备。
UE与NR gNodeB通过无线信道进行通信。
二、关键技术：5G SA的关键技术主要包括以下几个方面：1. 新空口技术：5G SA引入了新的空口技术，即NR（New Radio），其特点包括更高的频谱效率、更低的延迟、更大的网络容量和更好的覆盖性能等。
2. 非独占频谱：5G SA采用非独占频谱，即与其他无线通信系统共享频谱资源。
这样能够更有效地利用频谱资源，提高网络容量和覆盖范围。
3. MIMO技术：5G SA采用了更多的天线，即多输入多输出（MIMO）技术，以提高网络的容量和覆盖范围。
5G SA的网络架构和关键技术
5G SA的网络架构和关键技术5G Standalone（SA）是指5G独立组网，是5G新一代网络的一个重要标准。
其网络架构和关键技术可以概括如下：一、网络架构：5G SA的网络架构主要分为五个部分：用户面、控制面、传输侧、管理侧和辅助网络。
1. 用户面：用户面提供数据传输和处理功能，负责处理用户信息的交换和传输，并将数据发送到合适的终端设备。
2. 控制面：控制面负责用户接入、资源管理和调度等任务，包括RAN（无线接入网络）、核心网和终端设备。
3. 传输侧：传输侧是5G SA网络的基础，负责数据的传输和交换，并提供高速、低时延和稳定的网络连接。
4. 管理侧：管理侧负责对网络的管理和维护，包括网络配置、故障诊断和性能监测等。
5. 辅助网络：辅助网络包括传感器网络、物联网和边缘计算等，提供更多的服务和功能支持。
二、关键技术：1. 无线接入技术：5G SA网络采用了更高频率的无线接入技术，如毫米波和宽频段信道。
这些技术可以提供更大的容量和更快的速度，支持更多用户同时接入网络。
2. 软件定义网络（SDN）：SDN是一种可编程的网络架构，可以实现对网络资源的动态配置和管理。
5G SA网络采用SDN技术，可以实现对网络功能的灵活配置和部署，提高网络的可靠性和可用性。
3. 网络切片：网络切片是指将网络资源划分为多个独立的虚拟网络，每个网络切片可以根据用户的需求和应用场景进行优化配置。
5G SA网络支持多个网络切片的同时存在，提供更加个性化、专业化的网络服务。
4. 多输入多输出（MIMO）技术：MIMO技术可以利用多个天线传输和接收数据，提高网络的传输速率和传输质量。
在5G SA网络中，MIMO技术可以更好地解决高速移动和多用户同时接入的问题。
5. 边缘计算：边缘计算是将数据处理和计算放在网络边缘的设备上，减少数据的传输延迟和网络负载，提高用户体验。
在5G SA网络中，边缘计算可以支持更多的应用场景，如智能交通、智能城市和工业自动化等。
5G SA的网络架构和关键技术
5G SA的网络架构和关键技术5G SA（Standalone）即独立组网，是指5G网络中基于5G核心网和5G新空口（NR）的全新网络架构。
相比于5G NSA（Non-Standalone），5G SA更具优势，可以充分发挥5G 网络的潜力，为用户提供更稳定、高效的通信体验。
5G SA的网络架构主要包括以下几个部分：1. NR（New Radio）：NR是5G网络中的新一代无线接入技术，用于实现用户设备（UE）与基站之间的无线通信。
NR技术具有更高的频谱效率和容量，能够提供更高的数据传输速率和更低的延迟。
2. 5G核心网：5G核心网是5G网络的控制平面和用户平面集成处理系统，负责用户数据的转发和处理。
与4G网络相比，5G核心网具有更高的灵活性和可扩展性，可以支持更多种类的业务场景和应用。
3. 网络切片：5G网络切片是指为不同的业务需求提供定制化的网络服务。
通过网络切片技术，5G SA可以将网络资源划分为不同的虚拟网络，为不同的应用场景提供个性化的网络服务，如增强的移动宽带、车联网、工业自动化等。
4. MEC（Multi-Access Edge Computing）：MEC是一种在接近用户设备的边缘节点上进行计算和存储的技术，可以提供更低的时延和更高的带宽。
在5G SA中，MEC可以用于实现更多的本地计算和存储，加速数据处理和应用响应。
5. mMTC（Massive Machine Type Communications）：mMTC是一种面向大规模物联网设备通信的技术。
5G SA通过引入mMTC技术，可以支持大规模物联网设备的连接，实现更好的能耗、容量和覆盖等性能。
1. Massive MIMO：Massive MIMO（大规模多输入多输出）是一种利用多个天线和用户设备之间的干扰来提高信号质量和系统容量的技术。
通过将大量天线部署在基站上，5G SA 可以实现更高的频谱效率和更好的信号覆盖。
2. Beamforming：Beamforming（波束赋形）是一种通过调整天线阵列的相位和幅度，将信号集中在特定方向上的技术。
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5G网络架构与关键技术
（一）5G无线网络架构
当前，国际上多个标准化组织如ITU、NGMN联盟等都已经开始进行5G网络及其架构的研究工作。
3GPP作为移动网络标准最主要的制定方，5G网络架构的设计将是其国际组织的重点工作，业界预期将在R14开始启动相关工作。
学术界、产业界如欧盟METIS、中国IMT-2020网络技术工作组（包含中国国内的运营商、研究机构、设备商、高校）等已经开始着手这方面的讨论。
5G无线网络架构的研究主要从增强特定应用场合如高速列车、热点场所、室内环境等覆盖以及吞吐量、增强用户数据速率以及QoS需求、增强频谱效率以及能量效率、降低网络延时等方面入手，具体可以总结如下：
目前，5G研究仍处于需求制定和空中接口技术攻关阶段，尚未提出明确的网络架构。
但总的看来，5G无线网络架构存在两条发展路线：一是综合化发展，即“演进+创新”的路子，在演进型的2G/3G/4G多制式蜂窝网络、以及短距离无线通信网络的基础上，融入创新型无线接入技术，形成综合型的5G无线网络架构。
二是颠覆性发展，即“变革”的路子。
5G综合化发展的路子，也可以说是5G弥补了4G技术的不足，在数据速率、连接数量、时延、移动性、能耗等方面进一步提升系统性能，。
它既不是单一的技术演进，也不是几个全新的无线接入技术，而是整合了新型无线接入技术和现有无线接入技术（WLAN，4G、3G等），通过集成多种技术来满足不同的需求，是一个真正意义上的融合网络。
并且，由于融合，5G可以延续使用4G、3G的基础设施资源，并实现与之共存。
移动网全球漫游、无缝部署、后向兼容的特点，决定了5G无线网络架构的设计不可能是“从零开始”的全新架构。
然而，5G无线网络架构是一种演进，还是一种变革，将取决于运营商和用户需求、产业进程、时间要求和各方博弈等多种因素。
在5G架构设计的需求以及可能的技术方面，已经形成了一些共识。
在需求方面，普遍将灵活、高效、支持多样业务、实现网络即服务等作为设计目标；在技术方面，SDN、NFV等成为可能的基础技术，核心网与接入网融合、移动性管理、策略管理、网络功能重组等成为值得进一步研究的关键问题。
（二）5G关键技术
目前，5G的关键技术还处于研究与发展的阶段。
为了实现5G的愿景和需求，5G在网络技术和无线传输技术方面都将有新的突破。
5G关键技术总体框架如图5所示，在无线网络方面，将采用更灵活、更智能的网络架构和组网技术，如采用控制与转发分离的软件定义无线网络的架构、统一的自组织网络、异构超密集部署等；在无线传输技术方面，将引入能进一步挖掘频谱效率提升潜力的技术，如先进的多址接入技术、多天线技术、编码调制技术、新的波形设计技术等。
图5 5G关键技术总体框架。