5G，全稱5thGeneration，即第五代移動(dòng)通信。蜂窩移動(dòng)通信從模擬通信（1G）演進(jìn)到目前已經(jīng)普及的LTE（4G），已經(jīng)經(jīng)歷了4次更新?lián)Q代。而從2012年開始，5G網(wǎng)絡(luò)的研究和試驗(yàn)正在快速推進(jìn)。

　　由于低頻段資源的稀缺，僅依靠提升頻譜效率無法滿足大容量地區(qū)數(shù)據(jù)增長(zhǎng)的需求，因此，通過增加單位面積內(nèi)小基站密度，形成超密集組網(wǎng)，是解決該問題的最有效手段。

　　根據(jù)3GPP對(duì)某密集住宅區(qū)場(chǎng)景及辦公樓場(chǎng)景的小基站部署實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，隨著小基站數(shù)目的增加，系統(tǒng)容量逐漸升高。密集住宅場(chǎng)景下：當(dāng)部署8個(gè)小基站時(shí)，系統(tǒng)容量達(dá)到僅宏基站蜂窩覆蓋的13倍。辦公樓場(chǎng)景下：當(dāng)每層部署40個(gè)小基站時(shí)，系統(tǒng)容量可提升至單小基站部署的14倍。

　　系統(tǒng)容量與小基站部署數(shù)量的關(guān)系——部署小基站大大提升了密集住宅區(qū)的系統(tǒng)容量，最多可達(dá)13倍

　　系統(tǒng)容量與小基站部署數(shù)量的關(guān)系——部署小基站大大提升了辦公樓場(chǎng)景下的系統(tǒng)容量，最多可達(dá)14倍

　　隨著小區(qū)部署密度的增加，超密集組網(wǎng)需要解決如干擾、移動(dòng)性、站址、傳輸資源以及部署成本等問題。為了滿足大容量場(chǎng)景的需求和技術(shù)挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)易部署、易維護(hù)、用戶體驗(yàn)輕快的輕型網(wǎng)絡(luò)，5G的超密集組網(wǎng)還需要解決如下技術(shù)：接入和回傳聯(lián)合設(shè)計(jì)、干擾管理及抑制、小區(qū)虛擬化技術(shù)等。

　　（3）接入技術(shù)3——全頻譜接入：增加6GHz以上高頻段，高低頻混合組網(wǎng)
如果把移動(dòng)通信系統(tǒng)的建設(shè)看成是開發(fā)商蓋“房子”，那頻譜的作用就是“土地”，只有有了土地，開發(fā)商才能蓋好房子。過去2G、3G、4G網(wǎng)絡(luò)，主要用的是6GHz以內(nèi)的低頻段，而5G有著高數(shù)據(jù)流量和高傳輸速率的需求，根據(jù)ITU-RWP5D對(duì)2020年IMT（國(guó)際移動(dòng)通信）頻譜需求預(yù)測(cè)，中國(guó)2020年頻譜需求總量為1490-1810MHz，而與我國(guó)目前已規(guī)劃的IMT總頻率687MHz相比仍然有800MHz的頻譜缺口。所以5G將會(huì)是混合6GHz以下低頻段和6GHz以上高頻段，其中低頻段是5G的核心頻段，用于無縫覆蓋；高頻段作為輔助頻段，用于熱點(diǎn)區(qū)域的速率提升。

中國(guó)IMT（國(guó)際移動(dòng)通信）系統(tǒng)三大運(yùn)營(yíng)商的頻段劃分情況

資料來源：公開資料整理

2020年頻譜需求總量

資料來源：公開資料整理

　　高頻通信在軍事通信和無線局域網(wǎng)（WLAN）等領(lǐng)域已經(jīng)獲得應(yīng)用，但是在蜂窩通信領(lǐng)域的研究尚處于初步階段。高頻信號(hào)在移動(dòng)條件下，易受到障礙物、反射物、散射體以及大氣吸收等環(huán)境因素的影響，高頻信道與傳統(tǒng)蜂窩頻段信道有著明顯差異，因此，在全頻譜接入方面，還需要解決如下技術(shù)：高頻信道測(cè)量與建模、高頻新空口、組網(wǎng)技術(shù)以及高頻毫米波器件。

　　（4）接入技術(shù)4——新型多址：搭建更多專線，減少多余信令開銷
多址技術(shù)是基站區(qū)分終端用戶的技術(shù)。3G時(shí)代的CDMA（碼分多址）、4G時(shí)代的OFDMA（正交頻分多址）等都是重要的多址技術(shù)，5G時(shí)代為了應(yīng)對(duì)海量終端的接入，將引入多址技術(shù)。

　　新型多址技術(shù)包括：SCMA（基于多維調(diào)制和稀疏碼擴(kuò)頻的稀疏碼分多址技術(shù)，華為提出）、PDMA（基于復(fù)數(shù)多元碼及增強(qiáng)疊加編碼的多用戶共享接入技術(shù)，中興提出）和MUSA（基于非正交特征圖樣的圖樣分割多址技術(shù)，大唐提出）為代表的新型多址技術(shù)。
新型多址技術(shù)帶來的優(yōu)勢(shì)：a）提升系統(tǒng)頻譜效率；b）成倍增加系統(tǒng)接入容量；c）通過免調(diào)度傳輸簡(jiǎn)化信令流程，降低空口時(shí)延。

　　新型多址技術(shù)相比較LTE優(yōu)勢(shì)：下行吞吐量提升86%，用戶連接數(shù)提升3倍

資料來源：公開資料整理

　　（5）接入技術(shù)5——新型多載波：靈活配置的子載波長(zhǎng)度

　　OFDM是4G的主要載波方式，在5G時(shí)代，OFDM仍然是基本的載波方式，但為了應(yīng)對(duì)5G業(yè)務(wù)多樣化需求、更高頻譜效率等需求，5G網(wǎng)絡(luò)將應(yīng)用濾波器對(duì)子載波進(jìn)行過濾，為不同業(yè)務(wù)配置不同的時(shí)延、帶寬等參數(shù)，自適應(yīng)地應(yīng)對(duì)高速移動(dòng)、物聯(lián)網(wǎng)等業(yè)務(wù)。
新型多載波技術(shù)包括：F-OFDM（華為提出）、FB-OFDM（中興提出）、UFOFDM（上海貝爾提出）。

　　（6）接入技術(shù)6——終端直連：鄰居之間不經(jīng)快遞直接傳信息
終端之間通信的傳統(tǒng)模式是“終端-基站-終端”，而終端直連通信是一種“終端-終端”的模式，不再經(jīng)過“基站”這個(gè)“快遞公司”。終端直連通信可以減輕基站負(fù)擔(dān)、減小通信時(shí)延，是5G網(wǎng)絡(luò)的重要延伸技術(shù)。
終端直連主要采用WiFi、Bluetooth、LTE-D2D等技術(shù)，與傳統(tǒng)的蜂窩通信融合以后，可產(chǎn)生智能交通的V2V/V2I（車車、車路）通信、多用戶協(xié)作通信、數(shù)據(jù)共享網(wǎng)絡(luò)等新應(yīng)用場(chǎng)景。

終端直連示意圖

資料來源：公開資料整理

　　5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計(jì)可以分解為上層針對(duì)功能的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和下層面向部署的組網(wǎng)設(shè)計(jì)，并最終呈現(xiàn)功能按需重構(gòu)、平面合理劃分、資源彈性供給和組網(wǎng)靈活部署的全新架構(gòu)。5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)典型服務(wù)能力主要包括：網(wǎng)絡(luò)切片、邊緣計(jì)算MEC、按需重構(gòu)的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)能力開放等。

　　（1）網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)能力1——網(wǎng)絡(luò)切片：SDN、NFV、云化等技術(shù)的集合體，滿足5G各類應(yīng)用場(chǎng)景的定制化需求從過去的2G、3G到目前4G網(wǎng)絡(luò)，傳統(tǒng)的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)主要服務(wù)移動(dòng)手機(jī)用戶，因此采用單一服務(wù)能力的網(wǎng)絡(luò)層級(jí)，然而在5G時(shí)代，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)需要服務(wù)各種類型和需求的設(shè)備，對(duì)移動(dòng)性、計(jì)費(fèi)、安全、策略控制、延時(shí)、可靠性等方面有各不相同的要求。例如一個(gè)大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)連接固定傳感器測(cè)量溫度、濕度等，并不需要傳統(tǒng)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)那些主要服務(wù)手機(jī)的切換、位置更新等特性。因此，為了滿足5G時(shí)代多類型用戶需求，除了無線接入側(cè)用到多載波等技術(shù)外，網(wǎng)絡(luò)側(cè)也需要通過網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)實(shí)現(xiàn)將不同業(yè)務(wù)劃分在不同通道，為典型的業(yè)務(wù)場(chǎng)景分配獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)切片。

　　VPN是網(wǎng)絡(luò)切片的基本版本，而SDN（軟件定義網(wǎng)絡(luò)）、NFV（網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）、云化等技術(shù)作為網(wǎng)絡(luò)切片的重要技術(shù)，SDN通過對(duì)流量的頂層設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)5G復(fù)雜場(chǎng)景下的網(wǎng)絡(luò)側(cè)的整體接入性能；基于NFV按需編排網(wǎng)絡(luò)資源，滿足端到端的業(yè)務(wù)體驗(yàn)和高效的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)需求。5G網(wǎng)絡(luò)的NFV將從核心網(wǎng)全面延伸到無線接入網(wǎng)。

　　最新產(chǎn)業(yè)情況：2017年3月，巴塞羅那2017年MWC大會(huì)上，中國(guó)移動(dòng)、華為、德電、大眾聯(lián)合發(fā)布了服務(wù)可保證的5G網(wǎng)絡(luò)切片白皮書。

傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與切片網(wǎng)絡(luò)示意圖

資料來源：公開資料整理

　　（2）網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)能力2——邊緣計(jì)算MEC：通過本地計(jì)算、存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)和傳輸
目前傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是把運(yùn)算、存儲(chǔ)等業(yè)務(wù)能力放在“云端”，但是在5G時(shí)代，隨著終端連接數(shù)量增加以及業(yè)務(wù)時(shí)延要求的提高，決定了業(yè)務(wù)終結(jié)點(diǎn)不可能全部在核心網(wǎng)后端的云平臺(tái)，邊緣計(jì)算MEC應(yīng)運(yùn)而生，將業(yè)務(wù)平臺(tái)下沉到網(wǎng)絡(luò)邊緣，為移動(dòng)用戶就近提供業(yè)務(wù)計(jì)算和數(shù)據(jù)緩存能力。

　　邊緣計(jì)算的帶來的優(yōu)勢(shì)：a）降低業(yè)務(wù)時(shí)延，如4K視頻、VR/AR等，降低時(shí)延有效減輕觀看者眩暈效果；b）業(yè)務(wù)本地化，減輕遠(yuǎn)程傳輸壓力，如某些區(qū)域性的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，可以本地終端業(yè)務(wù)，減輕回傳網(wǎng)絡(luò)壓力。

中興通訊基于5G架構(gòu)的MEC解決方案

資料來源：公開資料整理

　　（3）網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)能力3——網(wǎng)絡(luò)能力開放：開放調(diào)用菜單，方便第三方運(yùn)營(yíng)及發(fā)展大數(shù)據(jù)

　　產(chǎn)業(yè)

　　用戶體驗(yàn)優(yōu)化和新型商業(yè)模式探索，是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展永恒的課題。4G網(wǎng)絡(luò)采用“不同功能、各自開放”的能力開放架構(gòu)，控制單元分散，能力開放平臺(tái)接口協(xié)議多，導(dǎo)致支持能力開放的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)復(fù)雜，部署難度大，用戶體驗(yàn)差。在5G時(shí)代，將通過如下技術(shù)，實(shí)現(xiàn)能力平臺(tái)的開放：

　　a）基于控制轉(zhuǎn)發(fā)功能分離的架構(gòu)原則，5G網(wǎng)絡(luò)能力開放平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了對(duì)集中部署的控制面功能的統(tǒng)一調(diào)用；

　　b）基于虛擬化的基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)，5G網(wǎng)絡(luò)能力開放平臺(tái)優(yōu)化了基礎(chǔ)設(shè)施資源的管控和調(diào)度能力；

　　c）基于網(wǎng)絡(luò)邊緣計(jì)算平臺(tái)，5G網(wǎng)絡(luò)能力開放平臺(tái)提供第三方業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)的管控能力；

　　d）通過能力開放平臺(tái)與大數(shù)據(jù)分析中心進(jìn)行對(duì)接與聯(lián)動(dòng)，提供大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)的開放數(shù)據(jù)源。

5G能力開放平臺(tái)

資料來源：公開資料整理