5G的核心技术及网络架构

   

 在讲5G的东西前，我们可以讲下历史，让大家更好的知道5G的来龙去脉。

为什么4G在刚开始出现的时候叫LTE，而不是响当当地叫4G呢？

因为WCDMA一直在演进着，最初的版本叫Release99，就是1999年的版本，后来慢慢地改变了命名规则，R4到R7,每个版本都加入一些特征，但是CDMA的技术框架并没有改变。

到了LTE的时期，想要把CDMA去掉而采用OFDMA（或者叫4G）。概念刚被提出后要争取运营商的支持。但是运营商已经在3G上投入了巨资，当然不愿意去升级，所有叫了一个文雅的名字——LTE(Long Time Evolution)长期演进。但是面对用户时，我们叫4G更高大上一点。现在5G也是一样，换设备需要运营商更大的投入。

早在3G时代，高通借助在CDMA上的垄断肆意收取高通税，整机7%的收入交给了高通。因而在4G时代，中欧通信产商联手把高通排挤出去，在标准制定中一个重要方面就是去高通化。因而，高通在4G时代失去了其在3G时代的地位。但是，高通依靠智能手机的手机芯片业务，继续赚取着利润。

由于4G最关键的技术并不在高通手中，高通非常迫切的需要提高自己在通信行业的话语权，最好的版本就是再搞出一套系统。不管技术是否有革新，不管效率是否明显提升。只要把更多的高通专利塞进所谓这个系统标准中，就可以重回通信行业神坛地位。高通利用各种资本去运作，做出了一个4.9G，并将其包装为5G。

2019年4月5日，韩国三大运营商SK Telecom、KT和LG Uplus正式推出了5G商用网络。办好资费套餐，在韩国电信营业厅登记注册，买一台支持5G的手机就可以使用5G了。美国电信运营商Verizon也开始在芝加哥和明尼阿波利斯两座城市提供商用5G网络服务，并声称是“全球首个商用5G”。

按照大部分人的设想，5G带来的最显著改变自然是网速的提升了。比如过去下载电影需要几十分钟，5G下只要几秒就解决了。但是理想是丰满的，现实是骨感的。从现有的商用5G网络来看，它们都存在着覆盖率不足、稳定性差的问题。就像我们当初刚用4G网络一样，也需要经历一段转型的“阵痛期”。

而且5G网络的稳定性也和所使用的频段有关。目前，韩国商用5G使用的是36Ghz的标准，它的特性是拥有更好的穿透能力，还能继续沿用4G基站的旧频段，这也是韩国运用商能够快速做大大面积覆盖的原因。而Version使用的是毫米波，也叫mmWave频段，他的网速更快。但是缺点是传输范围较小，而且更容易被四周的建筑物所遮挡。

5G核心技术

那么5G核心技术有哪些呢？

1. 毫米波

首先是毫米波。我们制定频率越高，传输速率越高。但是频率越高，波长越短，越趋近于直线传播，绕射能力越差。频率越高，在传输介质中衰减越大。比如激光笔，波长在635纳米，挡住了就过不去了。

移动通信如果用高频段，船速距离将大幅缩短，覆盖能力打打减弱。覆盖同一区域所需要的5G基站远远超过4G基站。

基站数量对比
2.微基站

基站有两种，微基站和宏基站。微基站很小，宏基站很大。到了5G时代，微基站会更多，到处都会装上，几乎随处可见。很多微基站因为太小，对人体造成的影响没有宏基站大。

3.天线尺寸

根据天线特性，天线的长度和波长成正比，大约在十分之一到四分之一之间。随着我们手机的通信频率越来越高，波长越来越短，天线也跟着边短了。在毫米波通信时代，天线变成了毫米级，天线就完全塞进手机里面了。

4.大规模MIMO

4G时代，天线技术上使用了MIMO（多进多出），到了5G时代，我们继续把MIMO技术加强，变成了Massive MIMO（大规模MIMO)。

在首发两端，我们均配置多个天线单元，通过增加天线的数量获得更大的信道自由度，如果间距满足要求，通过交叉极化和角度的配置，能保证通信矩阵统计独立，利用空间维度能实现复用和分集，支持高速的传输。MIMO系统能有效改善传输的可靠性、频谱的效率和能量的效率。

并且使用了波束赋形，在基站上布设天线阵列，通过对射频信号相位控制，使得相互作用后的电磁波的波瓣变的非常狭窄，指向它所提供服务的手机，而且能够根据手机的移动而转变方向。这种空间复用技术，由全向信号改为精准定向服务，波束直接不干扰，在同样的空间，5G能够比4G提供更多的通信链路，极大提高了容量。

5. D2D

目前的移动通信网中，即使两人是面对面拨打手机，信号还是要通过基站中转，包括控制信令和数据包。在5G时代，我们使用Device to Device，就是设备到设备。同一个基站下的2个用户，如果进行电话通信，他们的数据将不通过基站转发，而是直接手机对手机。这就节约了大量的空中支援，减轻了基站压力。

5G网络架构

ITU确定了5G的三大类应用场景，我国IMT-2020将其中移动宽带场景做了进一步划分：移动互联网和移动物联网。相比4G，5G不仅考虑了人与人，也考虑了人与物，物与物之间的连接。

4G核心网叫做EPC，相比于EPC，5G核心网具有如下的核心特性：控制和转发分离，SBA架构包括网络能力模块化、服务化接口、网络切片、新型移动性管理、新型会话管理、新型服务质量等等融入其中。

5G无线接入网络结构主要包括5G接入网和5G核心网。其中NG-RAN代表5G接入网，5GC代表5G核心网。图中Nx的直线，都表示接口。比如N1,就是AMF和UE之间的接口。在图中，上面部分为核心网，下面部分为边缘部分。

5G核心网主要包括：AMF、SMF和UPF。AMF主要是接入和移动管理功能，SMF是会话管理功能，UPF是用户面的管理功能。下面图是基于服务的网络系统架构：

基于服务的网络框架系统
基于参考点的网络系统架构：

基于参考点的网络系统
SBA等于网络功能服务+基于服务的接口。SBA架构师基于微服务的设计理念，把网元按照功能的维度进行解耦，形成相互独立模块化功能。

我们看到的一个个方块就是一个个功能模块，通过基于服务的接口来灵活配置。5G控制平面的网络功能支持多种业务需求。

5G核心网的关键技术在于控制平面与用户平面是分离的，控制更加集中。而且两个平面可以各种演进，独立扩容。