5G技术白皮书

1 引言国家“十三五”规划纲要中全明确提出“积极推进第五代移动通信（5G）和超宽带关键技术，启动5G商用”的要求。

为贯彻国家十三五规划，工信部于2017年1月公布的《信息通信行业发展规划（2016-2020年）》中提出，“十三五”时期支持5G标准研究和技术试验，推进5G频谱规划，启动5G商用服务，突破5G关键技术和产品，成为5G标准和技术的全球引领者之一。

5G将是引领科技创新、实现产业升级、发展新经济的基础性平台，作为国家信息基础设施的建设者和运营者，需要坚定不移落实网络强国和5G国家战略。

同时，也要坚持市场导向和技术创新双驱动的原则，以技术创新、业务创新、运营管理创新接应转型3.0战略，脚踏实地推动CTNet2025网络架构重构的实施，实现企业的创新发展。

为真正实现5G和通信行业的健康发展，认为5G应以业务需求为驱动，以未来5G网络架构为目标，针对5G发展中的主要挑战，提出5G网络演进策略和阶段目标，探索新的5G网络建设方案与运营模式，同时积极推动5G与垂直行业相结合的业务创新，构筑健壮的5G生态圈。

在5G的创新驱动下，将进一步推动“网络智能化、业务生态化、运营智慧化”的内涵向“泛网络智能、广业务生态、精智慧运营”方向发展。

2.15G业务发展需求5G的愿景与需求，是为了应对未来爆炸性的移动数据流量增长、海量的设备连接、不断涌现的各类新业务和应用场景，同时与行业深度融合，满足垂直行业终端互联的多样化需求，实现真正的“万物互联”，构建社会经济数字化转型的基石。

ITU为5G定义了eMBB（增强移动宽带）、mMTC（海量大连接）、URLLC（低时延高可靠）三大应用场景。

实际上不同行业往往在多个关键指标上存在差异化要求，因而5G系统还需支持可靠性、时延、吞吐量、定位、计费、安全和可用性的定制组合。

万物互联也带来更高的安全风险，5G应能够为多样化的应用场景提供差异化安全服务，保护用户隐私，并支持提供开放的安全能力。

eMBB典型应用包括超高清视频、虚拟现实、增强现实等。

这类场景首先对带宽要求极高，关键的性能指标包括100Mbps用户体验速率（热点场景可达1Gbps）、数十Gbps峰值速率、每平方公里数十Tbps的流量密度、每小时500km以上的移动性等。

其次，涉及到交互类操作的应用还对时延敏感，例如虚拟现实2 5G需求及挑沉浸体验对时延要求在十毫秒量级。

URLLC典型应用包括工业控制、无人机控制、智能驾驶控制等。

这类场景聚焦对时延极其敏感的业务，高可靠性也是其基本要求。

自动驾驶实时监测等要求毫秒级的时延，汽车生产、工业机器设备加工制造时延要求为十毫秒级，可用性要求接近100%。

mMTC典型应用包括智慧城市、智能家居等。

这类应用对连接密度要求较高，同时呈现行业多样性和差异化。

智慧城市中的抄表应用要求终端低成本低功耗，网络支持海量连接的小数据包；视频监控不仅部署密度高，还要求终端和网络支持高速率；智能家居业务对时延要求相对不敏感，但终端可能需要适应高温、低温、震动、高速旋转等不同家具电器工作环境的变化。

移动视频业务将是5G时代个人用户ARPU值增长的首要关键，而5G与垂直行业物联网应用的深度结合是运营商最大的增收契机。

将在5G时代围绕网络＋连接＋内容＋应用，聚焦重点应用，积极发展5G业务。

2.2.1无线设备器件的挑战无线设备主要包括基带数字处理单元以及ADC/DAC/变频和射频前端等模拟器件。

5G为了追求更高的吞吐量和更低的空口用户面时延，采用更短的调度周期及更快的HARQ反馈，对5G系统和终端要求更高基带处理能力，从而对数字基带处理芯片工艺带来更大挑战。

5G支持的频段更高、载波带宽更宽、通道数更多，对模拟器件也提出了更高的要求，主要包括ADC/DAC、功放和滤波器。

ADC/DAC为支持更宽的载波带宽（如1GHz），需支持更高的采样率。

功放为支持4GHz以上高频段和更高的功放效率，需采用GaN材料。

基站侧通道数激增，导致滤波器数量相应增加，工程上需进一步减小滤波器体积和重量，如采用陶瓷滤波器或小型化金属腔设计等有效手段。

总之，模拟器件的主要挑战在于产业规模不足，新型功放器件的输出功率/效率、体积、成本、功耗以及新型滤波器的滤波性能等尚不满足5G规模商业化要求，特别是射频元器件和终端集成射频前端方面，尽管已具备一定研发和生产能力，但需要在产业规模、良品率、稳定性和性价比等方面进一步提升。

至于未来的毫米波段，则无论是有源器件，还是无源器件，对性能要求更高，需要业界付出更大的努力。

2.25G主要挑战2.2.2多接入融合的挑战移动通信系统从第一代到第四代，经历了迅猛的发展，现实网络逐步形成了包含多种无线制式、频谱利用和覆盖范围的复杂现状，多种接入技术长期共存成为突出特征。

在5G时代，同一运营商拥有多张不同制式网络的状况将长期存在，多制式网络将至少包括4G、5G以及WLAN。

如何高效的运行和维护多张不同制式的网络、不断减少运维成本、实现节能减排、提高竞争力是每个运营商都要面临和解决的问题。

面向2020年及未来，移动互联网和物联网业务将成为移动通信发展的主要驱动力。

如何实现多接入网络的高效动态管理与协调，同时满足5G的技术指标及应用场景需求是5G多网络融合的主要技术挑战。

具体包括：⏹网络架构的挑战。

5G多网络融合架构中将包括5G、4G和WLAN等多个无线接入网和核心网。

如何进行高效的架构设计，如核心网和接入网锚点的选择，同时兼顾网络改造升级的复杂度、对现网的影响等是网络架构研究需要解决的问题。

⏹数据分流的挑战。

5G多网络融合中的数据分流机制要求用户面数据能够灵活高效的在不同接入网传输；最小化对各接入网络底层传输的影响；需要根据部署场景和性能需求进行有效的分流层级选择，如核心网、IP或PDCP分流等。

⏹连接与移动性控制的挑战。

5G中包含了更多复杂的应用场景及更加多样的接入技术，同时引入了更高的移动性性能要求。

与4G相比，5G网络中的连接管理和控制需要更加简化、高效、灵活。

2.2.3网络架构灵活性的挑战5G承载的业务种类繁多，业务特征各不相同，对网络要求不同。

业务需求多样性给5G网络规划和设计带来了新的挑战，包括网络功能、架构、资源、路由等多方面的定制化设计挑战。

5G网络将基于NFV/SDN、云原生技术实现网络虚拟化、云化部署，目前受限于容器技术标准尚未明确和产业发展尚未成熟的情况，5G网络云化部署将面临着用户面转发性能待提升、安全隔离技术待完善等方面的挑战。

5G网络基于服务化架构设计，通过网络功能模块化、控制和转发分离等使能技术，可以实现网络按照不同业务需求快速部署、动态的扩缩容和网络切片的全生命周期管理，包括端到端网络切片的灵活构建、业务路由的灵活调度、网络资源的灵活分配以及跨域、跨平台、跨厂家、乃至跨运营商（漫游）的端到端业务提供等，这些都给5G网络运营和管理带来新的挑战。

2.2.4灵活高效承载技术的挑战承载网络的高速率、低时延、灵活性需求和成本限制：5G网络带宽相对4G预计有数十倍以上增长，导致承载网速率需求急剧增加，25G/50G高速率将部署到网络边缘，25G/50G光模块低成本实现和WDM传输是承载网的一大挑战；URLLC业务提出的毫秒量级超低时延要求则需要网络架构的扁平化和MEC的引入以及站点的合理布局，微秒量级超低时延性能是承载设备的另一个挑战；5G核心网云化及部分功能下沉、网络切片等需求导致5G回传网络对连接灵活性的要求更高，如何优化路由转发和控制技术，满足5G承载网路由灵活性和运维便利性需求，是承载网的第三个挑战。

2.2.5终端技术的挑战与4G终端相比，面对多样化场景的需求，5G终端将沿着形态多样化与技术性能差异化方向发展。

5G初期的终端产品形态以eMBB场景下手机为主，其余场景（如URLLC和mMTC）的终端规划将随着标准与产业的成熟而逐步明朗。

5G的多频段大带宽接入以及高性能指标对终端实现提出了天线、射频等方面的新挑战。

从网络性能角度，未来5G手机在sub-6GHz（6GHz以下）频段可首先采用2T4R作为收发信机基本方案。

天线数量增加将引起终端空间与天线效率问题，需对天线设计进行优化。

对sub-6GHz频段的射频前端器件需根据5G新需求（如高频段、大带宽、新波形、高发射功率、低功耗等）进行硬件与算法优化，进一步推动该频段射频前端产业链发展。

5G3 5G 目标网络架构3.1“三朵云”网络总体架构为了应对5G 的需求场景，并满足网络及业务发展需求，未来的5G 网络将更加灵活、智能、融合和开放。

5G 目标网络逻辑架构简称“三朵云”网络架构，包括接入云、控制云和转发云三个逻辑域，如图1所示。

基础设施 管道 控制 增值 服务 数据 信息能力开放5G 虚拟控制云控制 数据 无线资源管理移动性管理 策略 路径 控制 管理 信息 传统网 管理 元适配 MANO ...传统网元Xn 网络控制器(3G/4G) 控制物理资源内容macro MEC5GMulti-hop本地控制本地控制超密集组网 S-RAN WiFi pico 5G 交换机 交换机 业务使能 Internet/PDND2D车联网 M2M 多连接 HEW WiFi 5G 交换机 内 业务使能5G 虚拟接入云5G 接入物理资源容 5G 虚拟转发云5G 转发物理资源图1：三朵云5G网络总体逻辑架构“三朵云”5G网络将是一个可依业务场景灵活部署的融合网络。

控制云完成全局的策略控制、会话管理、移动性管理、策略管理、信息管理等，并支持面向业务的网络能力开放功能，实现定制网络与服务，满足不同新业务的差异化需求，并扩展新的网络服务能力。

接入云将支持用户在多种应用场景和业务需求下的智能无线接入，并实现多种无线接入技术的高效融合，无线组网可基于不同部署条件要求，进行灵活组网，并提供边缘计算能力。

转发云配合接入云和控制云，实现业务汇聚转发功能，基于不同新业务的带宽和时延等需求，转发云在控制云的路径管理与资源调度下，实现增强移动宽带、海量连接、高可靠和低时延等不同业务数据流的高效转发与传输，保证业务端到端质量要求。

“三朵云”5G网络架构由控制云、接入云和转发云共同组成，不可分割，协同配合，并可基于SDN/NFV技术实现。

3.2控制云控制云在逻辑上作为5G网络的集中控制核心，控制接入云与转发云。

控制云由多个虚拟化网络控制功能模块组成。

具体包括：接入控制管理模块、移动性管理模块、策略管理模块、用户信息管理模块、路径管理/SDN控制器模块、安全模块、切片选择模块、传统网元适配模块、能力开放模块，以及对应的网络资源编排等。

这些功能模块从逻辑功能上可类比之前移动网络的控制网元，完成移动通信过程和业务控制。

在实现中，控制云以虚拟化技术为基础，通过模块化技术重新优化了网络功能之间的关系，实现了网络控制与承载分离、网络切片化和网络组件功能服务化等，整个架构可以根据业务场景进行定制化裁剪和灵活部署。