第1章　網絡概述

第四代移動通信技術（4G）以正交頻分多址接入（Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA）技術為基礎，其數據業務傳輸速率能夠在較大程度上滿足寬帶移動通信應用需求。然而，隨著智能終端的普及應用及移動新業務需求的持續增長，4G無線通信的傳輸速率、時延和容量難以滿足未來移動通信的應用需求。

5G網絡定位于頻譜效率更高、速率更快、容量更大、時延更低的無線網絡，面向行業客戶，提供物與物之間的連接，加快智能社會的步伐。5G網絡支持100Mbit/s的用戶體驗速率、106臺連接設備/km2的連接密度、毫秒級的端到端時延、500km/h以上的速度和20Gbit/s的峰值速率。其中，用戶體驗速率、連接密度和時延為5G網絡的三個基本性能指標。同時，5G網絡大幅提高網絡部署和運營的效率，能效相比4G網絡提升百倍以上。表1-1為國際電信聯盟（International Telecommunication Union，ITU）針對5G網絡定義的主要能力指標要求。

另外，ITU為5G定義了eMBB（增強移動寬帶）、mMTC（大規模機器通信）和uRLLC（超高可靠低時延通信）三大應用場景，具體應用包括超高清視頻、增強現實（Augmented Reality，AR）/虛擬現實（Virtual Reality，VR）、智慧城市、智慧家居、緊急任務應用、工業自動化、自動駕駛等，如表1-2所示。

面對多樣化場景的極端差異化性能需求，5G很難像以往一樣以某種單一技術為基礎形成針對所有場景的解決方案。5G技術創新主要來源于無線技術和網絡技術兩方面：在無線技術領域，大規模天線陣列mMIMO、超密集組網、新型多址和全頻譜接入等技術已成為業界關注的焦點；在網絡技術領域，基于軟件定義網絡（Software Defined Network，SDN）和網絡功能虛擬化（Network Function Virtualization，NFV）的新型網絡架構已取得廣泛共識。

4G網絡到5G網絡的演化如圖1-1所示。

與4G網絡相比，5G網絡的變化主要體現在以下幾個方面。

（1）5G網絡空口支持20Gbit/s的峰值速率，用戶體驗速率達到100Mbit/s。

（2）由原來的集中式核心網演變成分布式核心網。核心網用戶面功能可以下沉到中心機房，在地理位置上更靠近終端，減小傳輸時延。

（3）分布式應用服務器（Application Server，AS）。AS部分功能下沉至中心機房，并在中心機房部署移動邊緣計算（Mobile Edge Computing，MEC）服務器。MEC將應用、處理和存儲推向移動邊界，使得數據可以得到實時、快速處理，以減少時延、減輕網絡負擔。

（4）重新定義基帶處理單元（Base band Unit，BBU）和射頻拉遠單元（Radio Remote Unit，RRU）功能。將BBU拆分為中心單元（Centralized Unit，CU）和分布單元（Distributed Unit，DU），用有源天線單元（Active Antenna Unit，AAU）取代RRU和天線，同時將原BBU部分PHY功能下沉到AAU，以減小前傳容量，降低前傳帶寬需求。

（5）網絡功能虛擬化（Network Function Virtualization，NFV），在通用的服務器上通過軟件來實現網元功能，最終目標是實現軟硬件分離，用基于行業標準的x86服務器，存儲和交換設備取代通信網專用的網元設備。

（6）SDN是一種新型的網絡架構，可將網絡設備的控制權分離出來，由集中的控制器管理，無須依賴底層網絡設備，屏蔽了來自底層網絡設備的差異。控制權完全開放，用戶可以自定義任何想實現的網絡路由和傳輸規則策略，從而更加靈活和智能。5G網絡通過SDN連接邊緣云MEC和核心云里的虛擬機VMs，SDN控制器執行映射，建立核心云與邊緣云之間的連接。傳統網絡與SDN網絡的對比如圖1-2所示。

（7）網絡切片技術。運營商的物理網絡可以被劃分為多個虛擬網絡，每一個虛擬網絡根據不同的服務需求（如時延、帶寬、安全性和可靠性等）來劃分，以靈活應對不同的網絡應用場景，提供差異化服務，滿足不同業務需求。

（8）5G網絡空口技術演進，如表1-3所示。

5G網絡面向的對象包括智慧城市、智慧家居、智能駕駛、工業自動化等，因此5G網絡的安全性很重要。與4G網絡相比，5G網絡在加密算法、網間互聯、用戶面數據保護方面均有明顯加強，如圖1-3所示。

5G網絡沿用4G網絡的分層安全架構保障機制，同時針對5G核心網SBA域進行安全增強。