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5G网络技术研究现状和发展趋势

更新时间：2019-12-08 02:12:54 大小：1M 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：5g 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

首先分析了5G网络中的新需求对移动通信网络的挑战,从而说明进行5G网络技术研究的必要性.随后,介绍了目前国内外研究组织在5G网络相关技术的研究进展,包括NGMN、5GPPP、IMT-2020等,同时也介绍了国内外标准化组织对5G网络技术的标准化研究进展.基于对5G网络中的新需求、新挑战的分析,结合国内外关于5G网络技术研究现状的总结,预测了未来5G网络技术的发展趋势并给出了相关的技术发展方向.最后对5G网络的发展进行了总结和展望.

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综述

5G网络技术研究现状和发展趋势

王胡成¨ 。徐晖1。程志密1，王可1

(1．无线移动通信国家重点实验室(电信科学技术研究院)北京100191；

2。北京邮电大学北京100876)

摘要：首先分析了5G网络中的新需求对移动通信网络的挑战，从而说明进行5G网络技术研究的必要性。

随后，介绍了目前国内外研究组织在5G网络相关技术的研究进展，包括NGMN、5GPPP、IMT．2020等，同时也

介绍了国内外标准化组织对5G网络技术的标准化研究进展。基于对5G网络中的新需求、新挑战的分析，结

合国内外关于5G网络技术研究现状的总结，预测了未来5G网络技术的发展趋势并给出了相关的技术发展

方向。最后对5G网络的发展进行了总结和展望。

关键词：5G；网络技术；以用户为中心；SDN／NFV

doi：10．1

1959／j．issn．1000—0801．2015218

and

Trend of

Current Research

Development

5G Network

Technologies

Kel

Zhimil，Wang

Wang Huchen91’，Xu Huil，Cheng

Wireless

of Telecommunications

Mobile

(1．State Key Laboratory

Communications(China Academy

Technology)，

of Post and

Beijing

University

Telecommunications，Bering 100876，China)

100191，China；2。Beijing

Abstract：The

for mobile

network raised

was

new

in 5G were

analyzed，and

communication

challenges

requirements

the

global

then

research

technologies，moreover，the

5G network

research situation

necessity

researching

that，the

and so

technologies

explained．After

was

5G network

on，regarding

introduced，such

NGMN，5GPPP，IMT-2020

organizations

standardization status of

to the

standards

on 5G network

development organizations

global

were

new

and new

requirements

trend of network

in 5G

technologies

current

challenges

network，

introduced，According

analysis

was

and

research

5G network

technologies，the development

for the future network were

last，the

provided．At

technologies

development

predicted

and some

network

of 5G network

specific

was concluded and forecasted．

words：5G，network technology，user-centric，SDN／NFV

technologies

Key

定的业务，用户需求而诞生的。第一代移动通信系统出现

在蜂窝系统理论提出之后．主要满足人们无线移动通话

的需求；随着数字蜂窝技术的发展与成熟，为了进一步

移动通信网络中的新需求

每一代移动通信系统都是在一定的技术基础上，因特

收稿日期：2015-06—20；修固日期：2015-09—06

论文引用格式：王胡成，徐晖，程志密等．5G网络技术研究现状和发展趋势．电信科学，2015218

trend

Wang C，Xu H，Cheng M，et

nf．Current research and

of 5G network

technologies．Telecommunications Science，2015218

development

万方数据

提高移动通话的质量．推出了实现数字化语音业务的第

LTE网络的发展现状和存在的问题

二代(2G)蜂窝移动通信系统；20世纪末，口和互联网技

术的快速发展改变了人们的通信方式。传统的语音通信

基础的LTE网络主要由eNB、MME、SGW和PGW构

成．eNB负责空13信令和数据的传输，并与MME进行信令

面交互，与SGW进行数据转发：MME作为LTE网络中的

控制面节点。负责移动性管理和会话管理的控制；SGW和

PGW既有控制面功能，又有用户面功能。控制面功能主要

包括数据传输隧道的建立和管理，用户面负责数据传输。

LTE网络采用集中式的控制面管理机制，所有的移动性管

理和会话管理的信令都需要由网络中的集中控制节点

MME来处理。LIE网络的用户面也采用集中式的数据路

由，终端的所有上下行数据都必须经过PGW路由【2】。

随着移动互联网业务和物联网业务的发展。LTE网络

逐渐难以适应新业务的需求或者网络运营的新需求，具体

表现为集中式的移动性管理机制决定需要在接入网和核

心网之间存在大量的信令交互，当网络中存在海量终端或

者存在密集组网场景时，核心网将面临信令拥塞的风险；

集中式的路由方式降低“本地数据”的传输效率，使得内容

的边缘缓存难以部署；保持终端“永远在线”可能导致网络

资源被大量闲置的PDN连接消耗，饲如物联网终端：网络

节点的逻辑与硬件紧耦合使得网络的扩展性受到制约．网

络运营的成本增高。

的吸引力下降，人们期望无线移动网络也能够提供互联

网业务，于是出现了能够提供数据业务的第三代(3G)移

动通信系统；2l世纪飞速发展的信息技术为人们提供了

更多的移动通信业务，这对3G系统的服务能力提出挑战．

因此实现无线网络宽带化的第四代(4G)移动通信系统应

运而生。4G网络是全口化网络，主要提供数据业务，其数据

传输的上行速率可达20 Mbids．下行速率高达100 Mbit／s，基

本能够满足各种移动通信业务的需求．然而移动互联网

技术和物联网技术的快速发展又几乎颠覆了传统的移

动通信模式，这些新型移动通信业务，例如社交网络、移

动云计算、车联网等，对移动通信网络的发展提出了新

的需求。

根据对未来移动通信网络中典型的通信场景的研究

可知，未来移动通信网络将服务于人们居住、工作、休闲和

交通等各种场所。涵盖了住宅区、办公室、体育场、露天集

会、高速铁路等多种场景。这些不同场景下的移动通信具

有不同的特征，例如超高的流量密度、超高的连接数密度、

超低时延、超高的移动性等。因此，国内外的科研组织机构

都对未来移动通信网络中的通信场景进行了分类研究，例

如国内IMT．2020网络工作组将这些通信场景分为以下比

较典型的4类【l】。

近几年来．LTE的标准化组织3GPP一直致力于L1’E

网络的演进和增强，使得LTE网络既能够满足用户需求又

能够提高网络运营的效率。从3GPP R8阶段LTE标准的

正式提出到R13阶段标准项目的冻结．针对LTE网络的

特性增强可以分为以下几类。

· 连续广域覆盖场景：最传统的通信场景．以保证用

户的移动性和业务连续性为目标，为用户提供

100

Mbit／s以上无缝的高速业务体验。

· 热点高容量场景：主要面向局部热点区域．为用户

提供极高的数据传输速率(1 Gbi“s)，满足网络极高

的流量密度(数十Tbit／sP,mi2)需求。

· 提高网络容量，为了提高热点区域的系统容量，

3GPP分别在R9提出的femto cell技术，在R12提

出small cell技术．这有效地提高了LTE网络本身

的系统容量；而在R11提出的WLAN—NS，又是利

用WLAN的补充覆盖。间接地增加了整个3GPP系

统的容量。

· 低功耗大连接场景：针对物联网中部署大量终端的

应用场景。要求网络支持超千亿设备连接．满足百

万／km2连接数密度指标要求．还要保证终端的超低

功耗和超低成本。

· 提高数据传输效率：针对LTE系统中单个用户的数

· 低时延高可靠场景：主要面向车联网、工业控制等

垂直行业的极端性能需求，为用户提供毫秒级的端

到端时延和，或接近100％的业务可靠性保证。

显然．现有的服务于传统通信业务的移动网络难以适

用于这些新的通信场景。因此需要面向新需求的移动通信

技术展开研究。

据传输。3GPP提出了在R10的LIPA／SIFFO(10cal

IP access／selected

traffic offioad)和Rll的

and

SIPTO

the local

LIMONET(LIPA mobility

network)技术。将用户设备的上下行数据通过更靠

近用户位置的网关路由进行传输．从而缩短数据传

输路径的长度，提高传输效率；而针对向一组用户

万方数据

国堡姿

进行下行数据传输的情况．3GPP R12阶段提出的

间的、无缝的、连续的用户体验。NGMN从6个方面进行了

需求分析，包括用户体验、设备、商业模式、管理和运营、增

强服务和系统性能，指出5G系统将实现一个完全移动的、

万物互联的社会，能够针对客户和参与者创造价值，传递

连续的体验和实现持续的商业模式。

communication

enabler)项

system

GCSE—LTE(group

目改造了eMBMS技术，使得相同的消息可以通过

多播的方式进行传输。除此之外，3GPP在R12的

service)项目中还提出了邻近通信

ProSe(proximity

技术，实现了邻近终端之间的直接通信．有效地提

高了邻近终端间的数据传输效率。

根据对5G的需求分析，NGMN给出了5G网络的设计

原则，具体可归结为以下几点：

· 降低系统信令开销：由于LTE网络可能被用于服务

· 采用成本高效的密集布置：

communication，MTC)的

· 支持动态的无线拓扑；

机器类型通信(machine type

defined

终端。而MTC终端与手持终端相比，具有一定的特

殊性或规律性，例如不频繁数据传输特性、时延容

忍、低移动性等，因此3GPP针对这类具有特殊规律

-简单化核心网络，例如采用SDN(software

networking，软件定义网络)技术；

· 采用网络分片提高系统的柔性功能和能力：

· 鼓励价值创造，降低新业务部署的复杂度；

· 保护用户的隐私：

的终端，在R13的HLCom(high latency

communication)和eDRX项目中提出了信令过程优

化的方法，降低这类终端的信令开销。

· 简化运维和管理。

· 提高网络的运营能力：网络的运营能力包括对业务

的支撑能力和对网络资源优化调度的能力．3GPP

在R13中提出了AESE(architecture enhancements

基于这些设计原则。NGMN提出了基于SDN、NFV

(network function virtualizatlon，网络功能虚拟化)和云计算

等先进技术的5G网络架构，实现了以用户为中心的更灵

活、智能、高效和开放的5G新型网络。

3．2 5GPPP对5G的分析

for wervice

capability exposure)MONTE(monitoring

enhancement)项目。实现了将网络状况和服务能力

向第三方开放，提高了网络业务应用的支撑能力：

在网络资源优化调度方面，3GPP在R10中提出

NIMTC项目，实现了对网络中系统信令的有效控

制，为更高优先级业务的有效运行提供保障。

2014年，5GPPP(5G Public．Private

Partnership)提出了

下一代通信网络和服务，主要从以下5个方面进行分析和

研究【4】。

(1)5G发展的驱动力分析

虽然3GPP针对LTE网络做出一系列的优化和增强．

然而LTE网络的设计原则和网络中基本的工作机制决定

了优化和增强并不能完全地解决LTE网络所面临的问题。

因此，新的移动通信网络需要重新设计网络架构和工作机

制，从根本上解决LTE网络难以应对的问题。

· 为用户提供新的服务能力，保证用户体验的连续

性，促进新业务的发展，例如物联网；

· 资源整合的需求，将通信、计算和存储资源整合到

可编排的、统一的基础设施中：

· 用户和社会对可持续和可扩展的网络新技术的需求：

· 对技术和商业创新的生态环境的需求。

5G网络相关的技术研究

(2)5G中关键性能指标分析

目前已经掀起了5G系统研究的高潮．各科研组织、产

业联盟或实力厂商纷纷发布了5G相关的白皮书，介绍了

与5G技术相关的研究状况。

包括网络容量、低时延、高移动性、较准确的终端位置

信息以及系统的可靠性和可用性。

(3)5G的设计原则分析

3．1

NGMN的白皮书

要确保灵活、快速地适应多样化的应用需求以及数据

传输时的安全性和隐私性。

2014年12月，世界运营商联盟组织NGMN(Next

Generation Mobile

Network)发表了5G白皮书[3]。白皮书指

(4)5G的关键技术分析

出5G系统将是一个端到端的生态系统，能够实现网络高

度融合，是一个由多种接入技术、多层网络、多种设备和多

种用户类型交互的异构网络环境，能够提供跨越时间和空

· 异构接入技术的融合：

· 软件驱动网络，比如采用SDN、NFV、MEC(mobile

edge computing)等技术保证网络性能，提高系统的

万方数据

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