网络杭州电信宽带

中国电信5G技术白皮书2018-06目录1引言.
125G需求及挑战.
22.
15G业务发展需求.
22.
25G主要挑战.
33中国电信5G目标网络架构.
63.
1"三朵云"网络总体架构.
63.
2控制云.
63.
3接入云.
73.
4转发云.
84中国电信5G网络演进策略.
94.
15G网络是CTNet2025网络重构的重要组成部分.
94.
2总体演进原则及策略.
1055G关键技术与组网方案.
135.
1NR新空口技术.
135.
2大规模天线技术.
145.
3无线频率.
155.
4无线网CU/DU网络架构.
155.
55G服务化架构及能力开放.
165.
64G/5G互操作.
175.
7多网络融合.
195.
8多接入边缘计算.
195.
9网络切片.
205.
105G承载网络.
215.
11人工智能技术.
256总结与展望.
26缩略语.
2712018中国电信版权所有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,中国电信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,中国电信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、运营管理创新接应中国电信转型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,中国电信认为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,提出中国电信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,中国电信将进一步推动"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.
2018中国电信版权所有225G需求及挑战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.
中国电信将在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.
32018中国电信版权所有2.
25G主要挑战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.
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2018中国电信版权所有4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52018中国电信版权所有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.
2018中国电信版权所有63中国电信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.
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72018中国电信版权所有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.
网络能力开放模块是5G网络对外开放的核心.
5G网络的模块化和切片技术、网络控制的集中化、数据资源的集中化,带来了网络开放的便捷性.
5G网络能力开放模块汇聚整合网络模块组件的开放能力,形成网络级别的开放能力,统一对外提供能力开放.
网络资源编排模块是5G网络虚拟化资源管理和控制的核心,其包含3个层次的子模块:编排器、VNFM和VIM.
该模块提供了虚拟化环境下5G网络可管、可控、可运营的服务提供环境,使得基础资源可以便捷地提供给5G网络应用.
3.
3接入云在未来移动通信系统中,多种制式无线接入系统将长期共存.
鉴于多样化的业务特征,需要结合业务需求、网络状态以及用户喜好和终端能力等因素,进行差异化的数据传输和承载,包括灵活调度与分配、分流与聚合等,实现系统资源利用和业务质量保证的良好均衡.
5G接入云将是一个多拓扑形态、多层次类型、动态变化的网络,可针对各种业务场景选择集中式、分布式和分层式部署,可通过灵活的无线接入技术,实现高速率接入和无缝切换,提供极致的用户体验.
5G无线网络部署需综合考虑业务应用属性、网络功能特性、网络环境条件等多重因素,将所选择的网络功能在5G无线网络物理节点进行合理部署.
5G接入云功能需求包括新型无线接入技术、灵活资源协同管理、跨制式系统深度融合、无线网络虚拟化、边缘计算与无线能力开放等.
为了实现5G网络场景和业务应用所提出的高性能指标,需要考虑引入新型无线接入技术,具体包括大规模天线阵列、新型多址技术、全频谱接入等,5G接入云对所述新型无线2018中国电信版权所有8接入技术进行有效管控和支撑.
基于接入集中控制模块,5G网络可以构建一种快速、灵活、高效的协同机制,实现不同无线接入系统的融合,提升移动网络资源利用率,进而大大提升用户的业务体验.
未来移动通信将是以用户为中心的全方位信息生态系统,通信技术与IT技术的深度结合,将IT计算与服务能力部署于移动接入网络边缘,逐步实现虚拟化和云化,进而提供与环境紧耦合的高效、差异化、多样化的移动宽带用户服务体验.
同时,结合IT技术优势,通过构建一个标准化的、开放式的边缘计算平台,将无线网络信息和控制能力开放出去,形成全新的价值链条,开启全新的服务类别和提供丰富的用户业务.
3.
4转发云5G网络实现了核心网控制面与数据面的彻底分离,转发云聚焦于数据流的高速转发与处理.
逻辑上,转发云包括了单纯高速转发单元以及各种业务使能单元.
传统网络中,业务使能网元在网关之后呈链状部署,如果想对业务链进行改善,则需要在网络中增加额外的业务链控制功能或者增强控制网元.
在5G网络的转发云中,业务使能单元与转发单元呈网状部署,一同接受控制云的路径管理控制,根据控制云的集中控制,基于用户业务需求,软件定义业务流转发路径,实现转发网元与业务使能网元的灵活选择.
除此之外,转发云可以根据控制云下发的缓存策略实现热点内容的缓存,从而减少业务时延、减少移动网往外出口流量和改善用户体验.
为了提升转发云的数据处理和转发效率等,转发云需要周期或非周期地将网络状态信息上报给控制云进行集中优化控制.
考虑到控制云与转发云之间的传播时延,某些对时延要求严格的事件需要转发云本地进行处理.
92018中国电信版权所有4中国电信5G网络演进策略4.
15G网络是CTNet2025网络重构的重要组成部分CTNet2025战略基于SDN、NFV、云计算等关键技术推动网络架构重构,构建简洁、敏捷、集约、开放的网络新架构.
CTNet2025目标架构是包含固网、移动网演进的统一架构.
5G网络作为移动网络的演进,是CTNet2025网络重构的重要组成部分,也是CTNet2025目标网络架构全面落地的最佳机遇.
5G核心网的设计融入了SDN、NFV、云计算的核心思想,具备控制与承载分离的特征.
控制面采用服务化架构,以虚拟化为最优实现方式,能够基于统一的NFVI资源池,采用虚机、虚机上的容器等方式实现云化部署、弹性扩缩容,同时有利于方便灵活地提供网络切片功能;通过用户面功能(UPF)下沉、业务应用虚拟化,实现边缘计算.
用户面功能可根据性能要求和NFV转发性能提升技术的进展,基于通用硬件(x86服务器或通用转发硬件)或基于专用硬件实现.
5G无线网短期内由于DU难以虚拟化,CU虚拟化存在成本高、代价大的挑战,采用专用硬件实现更为合理;从长远看,随着NFV技术的发展,根据业务和网络演进的需要,再考虑实现CU等功能的虚拟化.
5G网络通过全网统一的协同编排层,实现与其他专业网络的协同编排和能力开放.
5G网络的发展应充分利用固网资源优势,构建固移融合的网络架构,在网络规划和部署方面统筹协调,从而提升全网的核心竞争力.
统筹规划接入局所选址、接入光缆网等基础设施,实现固网和移动网接入段资源共享,降低5G部署难度.
充分利用现有具备能力的宽带接入局所,集中部署OLT、4GBBU、5GDU/CU等接入层设备,构建全业务接入局所;基于光宽接入和5GRAN的光缆建设需求,充分利用现有接入光缆网资源,进行统筹规划使用.
面向固网和移动网功能虚拟化,利用现有局所,统筹规划和构建NFV基础设施(NFVI)资源池,提升虚拟化网元部署的灵活性和NFV基础设施的资源利用率.
发挥接入局所的资源优势,按需重构,引入NFV基础设施,提供计算、存储和分流功能,支持5G边缘计算、移动网的虚拟2018中国电信版权所有10化功能(如UPF)、以及潜在的固网虚拟化功能.
构建固网与移动网统一的协同编排层,实现固网与移动网跨厂商、跨域、跨专业、跨SDN/NFV、跨"新""老"网络的协同与业务编排,支持融合业务的快速灵活部署,提供固网与移动网统一的能力开放.
4.
2总体演进原则及策略从移动通信技术发展规律来看,5G技术和产业链的发展成熟需要一个长期过程,预计4G将与5G网络长期并存、有效协同.
未来5G将与云计算、物联网等新型能力和网络相结合,实现与垂直行业的跨界融合,在电力、物流、银行、汽车、媒体、医疗、智慧城市等领域创造全新业态,为行业开拓巨大的价值增长空间.
未来可通过精确定位目标市场,有效提高5G投资回报.
中国电信网络演进将综合考虑业务需求、业务体验、技术方案的成熟性、终端产业链支持、建设成本等因素,遵循如下原则:多网协同原则:5G和4G、WLAN等现网共同满足多场景业务需求,实现室内外网络协同;同时保证现有业务的平滑过渡,不造成现网业务中断和缺失.
分阶段演进原则:避免对网络的大规模、频繁升级改造,保证网络的平稳运营.
技术经济性原则:关键技术和方案的选择,需要基于技术经济比较;网络建设需要充分利用现有资源,实现固移资源协同和共享,并发挥差异化竞争优势.
4.
2.
1总体策略5G网络建设初期,中国电信将拥有一张2G、3G、4G、5G并存的网络,即便在5G网络的成熟期,4G和5G网络仍将长期并存,协同发展.
中国电信5G网络演进分近期(面向2020年商用)和中远期(面向CTNet2025网络重构)两个阶段,面对多种业务的不同需求,实现应用感知的多网络协同和基于统一承载、边缘计算等的固移融合.
推动人工智能技术在5G网络管理、资源调度、绿色节能和边缘计算等方面应用,改变网络运营模式,实现智能5G.
112018中国电信版权所有4.
2.
2无线网络演进策略无线网络演进策略如下:考虑到网络演进、现网改造、业务能力和终端性能等因素,优先选择独立组网SA方案.
基于SA组网架构,5G发展初期主要采用部署成本低、业务时延小、规划与运维复杂度低、建设周期短的CU/DU合设方案.
结合实际部署场景和需求,首先在热点高容量地区优选64端口192振子的大规模天线设备提升系统容量和覆盖.
中远期按需升级支持URLLC和mMTC业务场景,适时引入CU/DU分离架构.
4.
2.
3核心网络演进策略核心网网络演进策略如下:5G网络采用SA组网方案,通过核心网互操作实现4G和5G网络的协同,初期主要满足eMBB场景需求.
基于服务化架构的5G核心网将采用云化部署,控制面集中部署,对用户面转发资源进行全局调度,用户面可按需下沉,实现分布式灵活部署,体现网络即服务理念,支持如下特性:支持端到端的网络切片技术,实现网络与不同业务类型的匹配、精准服务垂直行业的个性化需求;支持边缘计算技术,重点服务低时延、本地大流量业务的需求,解决边缘计算在4G网络应用中存在的用户识别、计费和监管等问题,为创新边缘计算的盈利模式做好技术准备.
5G核心网应具备语音业务的承接能力,初期采用从5G回落到4G网络的方案,通过VoLTE技术提供语音业务.
随着标准和技术的逐步演进和完善,5G核心网将按需升级支持mMTC和URLLC场景.
推动多网融合技术发展,在多网融合技术和产业成熟后,适时考虑5G核心网支持多种接入方式的统一管理和统一认证,实现多种接入网络之间的数据并发或数据调度,保持业务和会话的连续性,2018中国电信版权所有12发挥多网融合优势.
4.
2.
4承载网演进策略承载网网络演进策略如下:5G承载网应遵循固移融合、综合承载的原则和方向,与光纤宽带网络的建设统筹考虑,将光缆网作为固网和移动网业务的统一物理承载网络,在机房等基础设施及承载设备等方面尽量实现资源共享,以实现低成本快速部署,形成中国电信差异化的竞争优势.
承载网络应当满足5G网络的高速率、低时延、高可靠、高精度同步等性能需求,灵活性强,支持网络切片.
在光纤资源充足或CU/DU分布式部署的场景,5G前传方案以光纤直连为主,应采用单纤双向(BiDi)技术;当光纤资源不足且CU/DU集中部署时,可采用基于WDM技术的承载方案,具体包括无源WDM、有源WDM/M-OTN、WDMPON等.
对于5G回传,初期业务量不太大,可以采用比较成熟的IPRAN,后续根据业务发展情况,在业务量大而集中的区域可以采用OTN方案,PON技术在部分场景可作为补充.
初期基于已商用设备满足5G部署需求,逐步引入SR、EVPN、FlexE/FlexO接口、M-OTN等新功能,回传接入层按需引入更高速率(如25G/50G)接口;中远期适应5G规模部署需求,建成高速率、超低时延、支持网络切片、基于SDN智能管控的回传网络.
132018中国电信版权所有55G关键技术与组网方案5.
1NR新空口技术NR空口协议层的总体设计基于LTE,并进行了增强和优化.
用户面在PDCP层上新增SDAP层,PDCP和RLC层功能进行了相关优化以降低时延和增强可靠性.
控制面RRC层新增RRC_INACTIVE态,利于终端节电,降低控制面时延.
在物理层,NR优化了参考信号设计,采用了更为灵活的波形和帧结构参数,降低了空口开销,利于前向兼容及适配多种不同应用场景的需求.
LTE业务信道采用Turbo码,控制信道采用卷积码.
NR则在业务信道采用可并行解码的LDPC码、控制信道主要采用Polar码.
NR采用的信道编码理论性能更优,具有更低时延和更高吞吐量等特点.
与LTE上行仅采用DFT-S-OFDM波形不同,NR上行同时采用了CP-OFDM波形和DFT-S-OFDM两种波形,可根据信道状态自适应转换.
CP-OFDM波形是一种多载波传输技术,在调度上更加灵活,在高信噪比环境下链路性能较好,可适用于小区中心用户.
类似LTE,NR空口支持时频正交多址接入.
目前也在研究非正交多址接入技术,以进一步增强系统容量.
相比于LTE采用相对固定的空口参数,NR设计了一套灵活的空口参数集,通过不同的参数配置,可适配不同应用场景需求.
不同的子载波间隔可实现长度不同的slot/mini-slot,一个slot/mini-slot中的OFDM符号包括上行、下行和灵活符号,可半静态或动态配置.
NR取消了LTE空口中的小区级参考信号CRS,保留UE级的参考信号DMRS、CSI-RS和SRS,并针对高频场景中的相位噪声,引入参考信号PTRS.
NR主要的参考信号仅在连接态或有调度时传输,降低了基站的能耗和组网干扰,其结构更适合MassiveMIMO系统多天线端口发送.
从3GPP协议来看,NR的空口设计十分灵活,但考虑设备实现和组网复杂度,在实际部署中应根据应用场景和频率资源,从空口协议中裁剪出一个简洁可行的技术方案.
2018中国电信版权所有145.
2大规模天线技术5G基站天线数及端口数将有大幅度增长,可支持配置上百根天线和数十天线端口的大规模天线阵列,并通过多用户MIMO技术,支持更多用户的空间复用传输,数倍提升5G系统频谱效率,用于在用户密集的高容量场景提升用户体验.
大规模多天线系统还可以控制每一个天线通道的发射(或接收)信号的相位和幅度,从而产生具有指向性的波束,以增强波束方向的信号,补偿无线传播损耗,获得赋形增益,赋形增益可用于提升小区覆盖,如广域覆盖、深度覆盖、高楼覆盖等场景.
图2:大规模天线技术与试验大规模天线阵列还可用于毫米波频段,通过波束赋形、波束扫描、波束切换等技术补偿毫米波频段带来的额外传播损耗,使毫米波频段基站能够用于室外蜂窝移动通信.
大规模天线还需要采用数模混合架构减少毫米波射频器件数量,降低大规模天线器件成本.
大规模天线在提升性能的同时,设备成本、体积和重量相比传统的无源天线也有明显增加,中国电信从运营商角度出发,针对大规模天线体积大、重量重,测试和部署维护难度大等问题,主导完成业界首个模块化大规模天线样机的研发和测试.
大规模天线模块化后易于安装、部署、维护,预期能够降低运营成本,并且易于组成不同天线形态用于不同应用场景.
目前3GPP组织在5GNR标准化中已经完成了针对模块化形态的大规模天线码本设计,后续将继续推动技术产152018中国电信版权所有业化.
中国电信将结合实际部署场景和需求,在热点高容量地区优选采用较高端口数(64端口)的天线设备提升系统容量;同时,因为192振子较128振子设备在覆盖上能提升约1.
7dB,优先选择192天线振子的大规模天线设备.
5.
3无线频率按照各频段特点,sub-6GHz(6GHz以下)频谱将兼顾覆盖与容量的需求,是峰值速率和覆盖能力两方面的理想折衷.
6GHz以上频谱可以提供超大带宽和更大容量、更高速率,但是连续覆盖能力不足.
目前,全球已有14个国家和地区对sub-6GHz频段做了5G规划,有6个国家和地区对6G以上频段做了5G规划.
表1:全球5G频谱拍卖/分配计划GSA2018/1国家和地区已规划sub-6GHz频段用于5G澳大利亚、捷克、法国、香港、拉脱维亚、墨西哥、荷兰、波兰、韩国、西班牙、瑞士、泰国、英国、美国已规划6GHz以上频段用于5G澳大利亚、加拿大、香港、波兰、韩国、美国中国电信认为sub-6GHz频段能够较好地兼顾覆盖与容量的需求,在标准化和产业链发展中相对更加成熟,适合作为5G起步频段,在5G发展初期有利于促进5G网络的部署和产业的成熟.
中国电信正在积极参与关于5G频段扩展的研究.
5.
4无线网CU/DU网络架构为了满足5G网络的需求,运营商和主设备厂商等提出多种无线网络架构.
按照协议功能划分方式,3GPP标准化组织提出了面向5G的无线接入网功能重构方案,引入CU-DU架构.
在此架构下,5G的BBU基带部分拆分成CU和DU两个逻辑网元,而射频单元以及部分基带物理层底层功能与天线构成AAU.
3GPP确定了CU-DU划分方案,即PDCP层及以上的无线协议功能由CU实现,PDCP以下的无线协议功能由DU实现.
CU与DU作为无线侧逻辑功能节点,可以映射到不同的物理设备上,也可以映射为同一物理实体.
对于CU/DU部署方案,由于DU难以实现虚拟化,CU虚拟化目前存在成本高代价大的挑战;2018中国电信版权所有16分离适用于mMTC小数据包业务,但目前标准化工作尚未启动,发展趋势还不明确;分离有助于避免NSA组网双链接下路由迂回,而SA组网无路由迂回问题,因此初期采用CU/DU合设部署方案.
CU/DU合设部署方案可节省网元,减少规划与运维复杂度,降低部署成本,减少时延(无需中传),缩短建设周期.
从长远看,视业务应用的需要再逐步向CU/DU/AAU三层分离的新架构演进.
因此要求现阶段的CU/DU合设设备采用模块化设计,易于分解,方便未来实现CU/DU分离架构.
同时,还需解决通用化平台的转发能力的提升、与现有网络管理的协同、以及CU/DU分离场景下移动性管理标准流程的进一步优化等问题.
设备厂商在DU和AAU之间的接口实现存在较大差异,难以标准化.
在部署方案上,目前主要存在CPRI与eCPRI两种方案.
采用传统CPRI接口时,前传速率需求基本与AAU天线端口数成线性关系,以100MHz/64端口/64QAM为例,需要320Gbps,即使考虑3.
2倍的压缩,速率需求也已经达到100Gbps.
采用eCPRI接口时,速率需求基本与AAU支持的流数成线性关系,同条件下速率需求将降到25Gbps以下,因此DU与AAU接口首选eCPRI方案.
5.
55G服务化架构及能力开放5G新型核心网架构支持控制与转发分离、网络功能模块化设计、接口服务化和IT化、增强的能力开放等新特性,以满足5G网络灵活、高效、开放的发展趋势.
5G核心网实现了网络功能模块化以及控制功能与转发功能的完全分离.
控制面可以集中部署,对转发资源进行全局调度;用户面则可按需集中或分布式灵活部署,当用户面下沉靠近网络边缘部署时,可实现本地流量分流,支持端到端毫秒级时延.
172018中国电信版权所有图3:5G网络服务化架构5G核心网控制平面功能借鉴了IT系统中服务化架构,采用基于服务的设计方案来描述控制面网络功能及接口交互.
由于服务化架构采用IT化总线,服务模块可自主注册、发布、发现,规避了传统模块间紧耦合带来的繁复互操作,提高功能的重用性,简化业务流程实现.
3GPP标准上规定了服务接口协议采用TCP/TLS/HTTP2/JSON,提升了网络的灵活性和可扩展性.
5G核心网增强了能力开放服务环境,NEF是能力开放的基本网络功能.
基于NFV的编排能力是5G网络的重要能力集,编排能力的开放是客户可定制网络的5G创新业务模式的重要手段.
服务化架构的引入也带来新的挑战,例如,由于服务可灵活编排,协同管理要求更精细,管控更复杂;相对于传统通信协议,服务化接口协议开销大,且无状态的处理交互更频繁,时延、IO和处理负荷增加;5G核心网网元功能和服务更多,接口对接的调试和验证工作难度更大.
后续将重点研究支持多接入融合的5G核心网组网方案,评估基于服务化架构和协议的5G核心网系统性能和效率,研究5G网络基础能力、网络编排能力、边缘计算等能力开放的体系架构.
5.
64G/5G互操作3GPP提出了多种5G与4G互操作方案,包括5GSA组网和NSA组网两类互操作方案.
SA方案是5GNR直接接入5GC,控制信令完全不依赖4G网络,通过核心网互操作实现5G网络与4G网络的协同.
SA方案的标准于2018年6月冻结.
采用SA方案,5G网络可支持网络切片、MEC等新特性,4G核心网MME需要升级支持N26接口,4G基站仅需较少升级(如增加与5G切换等相关2018中国电信版权所有18参数),4G/5G基站可异厂家组网,终端不需要双连接.
NSA是将5G的控制信令锚定在4G基站上,通过4G基站接入EPC或5GC,NSA方案要求4G/5G基站同厂家,终端支持双连接.
基于EPC的NSA标准已经在2017年12月冻结.
采用这种方案,不支持网络切片、MEC等新特性,EPC需升级支持5G接入相关的功能,4G基站需要升级支持与5G基站间的X2接口.
基于5GC的NSA标准预计2018年12月冻结.
采用这种方案,5G网络可以支持网络切片、MEC等新特性,但4G基站需升级支持5G协议.
互操作方案的选择应综合考虑建网时间、业务体验、业务能力、终端产业链支持情况、组网复杂度以及网络演进来选择方案,具体分析如下:SA方案是目标网络方案:SA方案和NSA方案都可以实现4G/5G协同,NSA与SA标准完成时间互有先后,SA是目标网络方案,可避免NSA方案下频繁的网络改造问题.
SA方案对现网改造量小:基于EPC的NSA仍需向SA方案演进,网络需要频繁改动;基于5GC的NSA方案需对4G基站升级到eLTE,升级改造量大,且异厂家基站间难实现4G/5G双连接.
SA方案的业务能力更强:如果2020年建网,5G核心网设备基本成熟,且5G核心网能支持网络切片、边缘计算等新特性.
5G网络初期以eMBB热点区域覆盖为主,离开5G区域,通过核心网实现与4G的互操作.
对于eMBB业务,终端本身有缓存机制,业务体验不受影响.
SA方案的终端成本低;NSA方案下3.
5GHz频段组合在终端侧存在较严重干扰问题,为解决该问题将导致终端成本较高.
SA终端由于不涉及双连接等技术,终端相对简单,成本较低.
综合以上分析,中国电信5G网络将优先选择SA组网,并通过核心网互操作方案实现4G网络和5G网络的协同.
对于语音业务,5G实现全覆盖相对较难,为避免频繁切换,保持语音连续性,初期采用SA下的5G回落VoLTE方案.
当5G网络覆盖性能全面提升并出现有市场需求的重要5G业务时,适时考虑VoNR等技术方案.
192018中国电信版权所有5.
7多网络融合5G是多种接入技术融合的网络,应遵循多网协同的原则,即5G和4G、WLAN等网络共同满足多场景的需求,实现室内外网络协同;同时保证现有业务的平滑过渡,不造成现网业务中断和缺失.
传统多网络融合中,控制实体位于核心网,实现了统一认证与计费、切换管理等基础融合能力,而接入网侧仅提供辅助的融合策略信息,终端仅仅是依赖于无线信号强度来选择网络,难以考虑基于网络的动态信息,如网络负载、链路质量、回传链路负荷,甚至是业务类型等策略来实现对网络的灵活选择.
中国电信在3GPP开展了"基于应用感知实现4G与5G互操作"的创新性研究,充分发挥5G技术优势、合理利用4G已有投资,在保证业务能力和用户体验的基础上实现网络投资回报与价值最大化.
从网络演进和用户体验的角度出发,提出先感知应用和用户QoE,基于运营商的特定准则形成相应的选网策略,再进行4G/5G网络的选择、切换或重选,推动4G和5G的有效融合以及商业模式创新.
中国电信将积极推动SA方案来实现基于应用选择网络的5G网络演进.
对于5G与WLAN的网络协同,在网络架构层面,5G与WLAN网络融合架构一方面可以借鉴4G与WLAN在接入网侧的融合架构,即WLAN在RAN侧接入5G网络,获取业务流并转发给UE;另一方面也可以考虑将WLAN直接接入5G核心网,WLAN从核心网直接获取用户数据.
此外,相比于4G全覆盖网络,5G部署初期网络覆盖受限,此时对于5G与WLAN的融合传输来说,将会增加掉话以及RRC重连接的风险,需要着重研究5G与WLAN融合的连接增强方法,从而提升RRC连接的连续性.
5.
8多接入边缘计算MEC通过将计算存储能力与业务服务能力向网络边缘迁移,使应用、服务和内容可以实现本地化、近距离、分布式部署,从而一定程度解决了5GeMBB、URLLC、以及mMTC等技术场景的业务需求.
同时MEC通过充分挖掘网络数据和信息,实现网络上下文信息的感知和分析,并开放给第三方业务应用,有效提升了网络的智能化水平,促进网络和业务的深度融合.
考虑到未来5G时代将同时存在移动、固定等多种网络,为了缓解5G移动2018中国电信版权所有20网络流量激增对回传网络的压力、提升并保证用户在多网络中的业务一致性体验,中国电信需要发挥已有固网资源(传输、CDN)优势,通过构建统一的MEC,实现固定、移动网络的边缘融合,如图4所示.
图4:面向固移融合的多接入边缘计算(MEC)MEC需同时支持移动网络、固定网络、WLAN等多种接入,其中5G网络的边缘网关可通过UPF下沉来实现.
同时,MEC可根据不同的业务类型和需求,将其灵活路由至不同网络,缓解网络回传压力,实现面向固移融合的多网络协同承载.
同时,通过MEC支持多种网络共享统一部署的边缘CDN资源,或利用固网已有的CDN资源(中心CDN或边缘CDN),提升多网络用户的业务体验,并实现用户在多个网络间移动切换时业务体验的一致性保障,实现面向固移融合的内容智能分发.
除此之外,MEC为具备低时延、高速率、高计算复杂度需求的新型业务应用(例如AR/VR、园区本地应用等)本地化提供了部署运营环境,并可满足企业用户对于统一网络通信以及定制化需求.
对于更低时延的URLLC类业务,可以根据其时延需求将MEC下沉到更靠近网络边缘的位置,从而最大限度地消除传输时延的影响,满足毫秒级极低时延的业务需求.
5GMEC部署应根据业务应用的时延、服务覆盖范围等要求,同时结合网络设施的DC化改造趋势,选择相应层级的数据中心,包括城域核心DC、边缘DC,甚至接入局所.
5.
9网络切片网络切片是5G网络的重要使能技术,中国电信将采用软硬结合的多颗粒度网络切片方案,满足不同业务类型、业务场景以及垂直行业的特定需求.