摘要：随着国家正式发放5G商用牌照，5G建设将会是近期通信建设的重点。相较之4G通信，5G通信除了更高的带宽外，其新增的网络特性将更利于物联网的应用，解决诸多在4G通信中无法解决的问题。将极大促进物联网、车联网的发展。由于运营商目前尚未收回4G网络投资，在建设5G网络时，应多考虑5G网络特性与应用场景需求，从网络特性与应用场景出发，建设5G网络。
关键词：5G通信网络 建设思路 分析 研究
一、5G网络特性及应用场景分析
3GPP在制定5G标准时，为5G通信确定3个应用场景：1）eMBB（增强型移动宽带）；2）uRLLC（超高可靠与低延迟的通信）；3）mMTC（大规模机器类通信）。
eMBB( Enhanced Mobile Broadband)，增强移动宽带 ，是指在现有移动通信的宽带业务场景的基础上，对于用户体验等性能的进一步提升 。相较之4G通信的1Gb/s的数据峰值，5G通信要求的单个基站峰值速率不低于20Gb/s。增强移动宽带主用应用在对带宽有极高需求的业务，例如4k/8k的高清视频应用，VR虚拟现实 / AR增强现实等等，满足人们对于数字化生活的需求，让诸多4G时代无法实现的业务（如 移动的VR穿戴式眼睛、手机高清视频直播）变为现实。
mMTC(Massive Machine Type Communications)大规模机器通信，解决4G时接入设备受限的难题，是5G针对大量物联网设备接入的解决方案。它满足人们对于满足人们对于数字化社会的需求，适用于联接密度要求较高的场景，例如智慧工业、智慧城市，智能农业等。
uRLLC(Ultra - reliable and Low- latency Communications) 超高可靠与低延迟的通信针对的是时延极 其敏感的业务，5G的时延不到1ms，不到4G的1/10。对无人驾驶 / 自动驾驶、远程医疗手术、远程工业控制等要求时延极高的场景适用性很强，满足人们对于数字化工业的需求。
移动网络业务范畴的扩展，也将丰富 电信网络的生态环境。很多传统行业例如 汽车，医疗，能源，市政系统等等都将参 与到电信生态环境的建设中。5G 是人类 将数字化从个人娱乐为主，推向全联接社 会的奇点，是移动通信行业的机遇，也对 现有移动通信技术提出了挑战。
二、5G网络架构演变
现有的3G、4G网络架构是为语音通信以及MBB （Mobile Broadband移动宽带）业务而设计，在网络迭代中，经历多个版本的升级、网络单元多，网络接口复杂。其业务灵活性不能支撑5G多业务场景的应用，网络架构的更替势在必行。
2.1、使用SDN，NFV和云技术使网络从底层物理基础设施分离
5G架构的重构通过引入了NFV（Network Function Virtualization，网络功能虚拟化）和SDN（Software Defined Network，软件定义网络），将淘汰传统网络建设复杂度非常高的“烟囱”架构，以充分展示基于SDN/NFV技术的创新型基础设施环境在灵活组网和网络安全方面的潜力[1]。
在底层物理设施的 SDN，NFV 技术支撑下，5G 实现接入网，传输网以及核心网的全面云化，云化是 5G承载多种不同业务的基础，是端到端网络切片、网络功能模块化等关键特性的技术基础。
接入网由基站与移动云引擎构成，根据业务需求，组网情况进行按需部署。核心网侧的数据库包含动态的策略数据，半静态的用户数据以及静态的网络数据，网络将根据相应的策略对数据进行控制。传输侧由 SDN 控制器以及底层的转发节点组成，SDN 控制器根据网络拓扑与业务需求生成数据转发路径。
2.2、 CU与DU分离
4G时代在无线网侧的架构是BBU(基带处理单元) + RRU （射频拉远单元）+ 天线。在5G时代，BBU将部分管理功能下放至RRU，并将BBU拆分为CU（Centralized Unit集中单元）与DU（Distributed Unit分布单元）。RRU与天线结合，成为AAU。
CU(Centralized Unit 集中单元)：负责处理非实时协议和服务。
DU(Distributed Unit 分布单元)：负责处理物理层协议和实时服务。
AAU(Active Antenna Unit，有源天线单元)：负责部分物理层处理功能，将基带信号转发为射频信号，通过内部集成天线对外发射信号。
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CU对上通过NG接口与核心网（NGC）相连接，对下控制和协调多个小区，包含协议栈高层控制和数据功能，涉及的主要协议层包括控制面的RRC功能和用户面的IP、SDAP（业务数据应用单元）、PDCP（分组数据汇聚协议）子层功能等实时性要求较低的协议栈处理功能。
DU射频处理功能和RLC（无线链路控制）、MAC（媒质接入控制）以及PHY（物理层）等实时性要求较高的协议栈处理功能。
通过CU\DU\AAU的划分方式，5G能满足不同业务需求对时延的要求。
通过新的硬件架构划分，5G共有四种网络部署形态：
① 与传统4G宏站一致，CU与DU共硬件部署，构成BBU单元。
② DU部署在4G BBU机房，CU集中部署。
③ DU集中部署，CU更高层次集中。
④ CU与DU共站集中部署，类似4G的C-RAN方式。
这些部署方式的选择，可根据多方综合因素考虑，包括业务的传输需求(如带宽，时延等因素)、建设成本投入、维护难度等。
2.3 、网络切片
根据不同的业务需求，借助SDN，5G网络在底层物理设施基础上通过虚拟化生成相应的网络拓扑以及网络功能，为特定业务生成的一个网络切片，切片由一系列网络功能的组合而成。
在物理上，每一个网络切片都基于同一个5G网络。共享硬件成本，大大降低了运营商的建网成本。
在逻辑上，每一个网络切片又是隔离的，逻辑的独立性满足了每一类业务功能定制需求。
例如，eMBB, uRLLC 以及 mMTC 三种类型的业务需要三个独立的网络切片。这三个网络切片承载于同一套5G物理硬件之上。
在 eMBB 切片中，对带宽要求很高。为了让业务更贴近用户，降低骨干网的带宽需求并提高用户体验可以在城域网机房的中部署缓存服务器。
在 uRLLC 切片中， 无人驾驶 / 自动驾驶，远程控制等场景要求极为苛刻的时延，因此需要将CU与DU部署在更靠近用户的AAU侧，并在移动云引擎中部署相应的V2X 服务器及业务网关。
在 mMTC 切片中，对于大多数物联网设备联网的场景，网络交换的数据量小，信令交互的频率低，可将移动云引擎部署在城域网的数据中心，将其他功能以及应用服 务器部署在区域数据中心，降低运营商开销。
三、5G网络部署的建议
3.1、积极利用城市路灯与加大建设数字化室分
5G AAU采用天线一体式安装，虽然大大降低安装的难度，却不利于利旧原有天线杆件。在工程实施时，需要新增杆件。考虑天线安装高度，在大量部署AAU时，不利于安装杆件共用，不同运营商的设备应考虑水平隔离度。
由于2.4G下干扰严重，目前各国部署的5G频段主要为高频段。除去广电的5G拍照为700Mhz频率外，中国电信获得3.4-3.5GHz的100MHz频谱资源，中国移动获得2515-2675Mhz的160MHz带宽及4.8-4.9Ghz的100MHz频谱资源，中国联通(600050)获得3.5-3.6Ghz的100MHz频谱资源。较高的频段，虽然避免干扰，却带来信号空间衰减大，穿透性差的问题。这导致5G基站的密度将会大幅增加，在城市密集区，5G基站的密度将会达到每间隔100米建设一个5G基站。如此密度的基站建设，原有的3G、4G基站密度已不足以应付5G建设密度，大量的新站址将会投入使用。
目前多个城市明确规定通信设施共建与一杆多用的推进。目前5G AAU重量不超过15kg，在灯杆的安装上不影响灯杆安全。城市路灯杆将是目前5G基站选址的有力补充。
广电的700MHZ频段5G站点，其建设密度与目前的800MHZ LTE相若。广电可利用现有的有线电视线路资源快速部署。在城区内建设时，广电可优先开展车路协同、车联网、物联网应用。DU与CU部署根据业务需求调整。
在传统无源室分的天馈方式不利于5G高速率、低时延的特性，5G的在高频段部署难以从室外很好地覆盖建筑物纵深区域，因此建设数字化室分是5G在建筑物内部覆盖的必然之路。在建设数字化室分时，可考虑利旧原有的超六类网线，通过原位更换兼容5G的数字化室分设备，快速完成5G信号部署，降低投资。
3.2、5G建设分步走，优先覆盖城市道路与热点地区
在5G建设初期，手机终端与5G应用设备尚未完善，在考虑建设成本的前提下，应首先建设覆盖成本低，覆盖效果显著的城市道路建设，通过利旧原有4G基站站址，利用灯杆、视频监控杆做新增基站选址，可快速完成城市道路及周边区域的信号覆盖。这样，可让5G信号覆盖城市大部分区域，同时培育无人驾驶、车联网与智慧城市物联网应用，加速5G产业化，完善生态系统。
针对热点地区进行5G深度覆盖，如机场、会展展馆、体育场、会议中心、繁华商场等。在此覆盖5G信号，有示范性意义，可加速5G推广，更能较好地吸收5G话务，有显著的经济效益。
在基站布点上，积极响应物联网的需要。mMTC能支持大量的物联网设备接入，如NB-IOT的智能电表、智能路灯管理等。在集装箱码头、物流园区中，5G的物联网应用也是可见的增长点。
结语：
5G建设的建设投资巨大，利用5G网络应用场景特点（eMBB（增强型移动宽带）、uRLLC（超高可靠与低延迟的通信）、mMTC（大规模机器类通信）），网络结构（CU与DU分离），频率特性……根据用户场景的需要，调整5G设备的CU与DU，对网络进行虚拟切片，有针对地部署5G信号，既减少投资，也加速如物联网、车联网、VR/AR、4K高清视频等5G生态链产业的发展。
引用：
3GPP TR 38.913. Study on Scenarios and Requirements for Next Generation Access Technologies[S]. 2017
中国移动C-RAN白皮书
论文作者:罗伟翔
论文发表刊物:《科技新时代》2019年6期
论文发表时间:2019/8/15
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