移动通信论坛5G白皮书.docx

目录摘要11.引言-52i5G总体目标与框架_52.15G总体需求_522设计框架_82.3频谱策略_92.4测试需求H&用户中心网络UCN123.1 UCN总体目标123.1.1. 端到端总体架构与目标123.1.2. 无线接入网总体目标133.2 无线接入网框架143.2.1. 无线接入网构153.2.2. 增强边缘163.2.3. 核心网与接入网重分173.2.4. 网络切片即服务183.3 关键使能技术183.3.1. UDN183.3.2. C-RAN/NGFI203.3.3. SDN/NFV213.3.4. 灵活的网络切片243.3.5. 网络能力开放273.3.6. 多连接与多空口293.3.7. D2D313.3.8. 动态网络334. 软件定义空1.ISDAl364.1 SDAl总体目标364.2 SDAI总体框架364.3 关键使能技术3843.统自适应帧结构381.2. .灵活双工401.3. 3,灵活多址411.4. 4.灵活波形431.5. 大规模多天线44436新型调制编码461.6. 7.灵活频谱使用475. 5G安全技术485J5G安全架构48ARwM通信论上'*eiae4ceMO*M>bm5.1. 终端安全技术505.1.1. 安全需求505.1.2. 关键技术515.2. 空口安全技术535.3 .安全需求535.4 .2.关键使能技术545.3. 数据处理和传输安全技术54541.安全需求545.3.1. 关键技术555.4. 应用层安全技术56551.安全需求5%5.4.1. 关键技术575.5. 物理层安全技术571.1 .1,安全需求575.62 关键使能技术586. 5G智能终端一606.1. 智能终端通信需求616.2. 智能终端能信能力61621.个人信息中心626.2.1. 可穿戴设备636.2.2. 智能机器设备646.2.3. 微型传感器657. 总结66参考文献67缩略语67致谢69AII助通信论发未来移动通信论坛5G白皮书1 .引言5G致力于应对2020后多样化差异化业务的巨大挑战，满足超高速率、超低时延、高速移动、高能效和超高流量与连接数密度等多维能力指标。FUTURE论坛5G特别兴趣组(SIG)围绕着“柔性、绿色、极速''的5G愿景，重新思考5G网络的设计原则：香农理论再思考：为无线通信系统开启绿色之旅；蜂窝再思考(RethinkRing&Young)：蜂窝不再(nomorecell)；信令控制再思考(RethinkSignaling&control)：让网络更智能;天线再思考(Rethinkantennas)：通过SmarTile让基站隐形;频谱空口再思考(Rethinkspectrum&airinterface)：让无线信号"量体裁衣,围绕这些理念，FUTURE论坛5GSIG在5G网络架构、RAN和空口研发方面的取得了显著进展1,2b在5G业务场景与需求、关键技术逐渐明晰，以及5G标准化即将开展之时，迫切需要给出5G系统设计框架以及面向标准化的系统解决方案。本白皮书(版本2.0)基于之前的设计原则，进一步对前传链路和协议栈再思考，聚焦用户中心网络(UCN)和软件定义空口(SDAI),重点关注如下内容： 5G总体框架与目标 UCN架构与关键使能技术 SDAI与关键使能技术 5G安全与智能终端技术本白皮书(版本2.0)于2015年11月发布，目的是统一共识，凝聚力量，应对5G标准化。后续版本根据5G研发进展情况适时更新。2 .5G总体目标与框架2.1 5G总体需求根据图2.1中业务预测报告显示：2014到2019年全球IMT流量将进一步快速增长，总的流量上涨倍数达到几十到100倍3另外，我国“互联网+”国家战略需求中明确指出：未来电信基础设施和信息服务要在国民经济中下沉，满足农业、医疗、金融、交通、流通、制造、教育、生活服务、公共服务、教育和能源等垂直行业的信息化需求，改变传统行业，促生跨界创新。因此，未来5G网络不仅需要继续面对移动互联网业务带来的挑战，例如：频谱效率和用户体验速率的提升，时延的减少，移动性的增强等，同时还需要满足物联网多样化的业务需求。从信息交互对象不同的角度出发，目前5G应用分为三大类场景：增强移动宽带(eMBB)海量机器类通信(mMTC)和超可靠低时延通信(eMTC)oeMBB场景是指在现有移动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，主要还是追求人与人之间极致的通信体验。mMTC和UMTC都是物联网的应用场景，但各自侧重点不同。mMTC主要是人与物之间的信息交互，而UMTC主要体现物与物之间的通信需求。SMeD0riMm43（八）全球不同区域业务增长趋势McCnMiWMMaM">(36*忡川MobtkiFaSMmg(1MotMeAud>(J¼J(b)全球业务类型增长趋势fl7¾CAGR20U-20Y920182019to»4HM01hM3jsCVMMHf5(c)全球终端及连接数增长趋势图2.1全球移动业务20142019增长趋势5G网络关键能力指标(KPD在不同场景下侧重点不尽相同。本白皮书第一版(版本vl.0)2定义了两类KPI：一是速率、时延、密度和移动性等性能指标，二是频谱效率、能效效率以及成本效率等效率指标。本白皮书与ITU4相比，两者定义的KPl指标基本一致。但前者定义了ITU没有定义的端到端时延和成本效率指标，对于频谱效率的指标要求也要高于ITU。图2.2给出了具体的KPl目标值，可见为了追求极致的用户体验，有些如车联网和工业互联网等场景对于5G部分KPI指标要求极具挑战性。IICWtyIUdioUttncyuptof0Mn/4rtm¼PeakDataRateConneclionOensItyTrifflcVolumeDMSity1住,ZfTE<E2E1.alMcyMnimumguvMiwdOM*M,*¾Mty图2.25G能力KPI（引自Future-Forum第一版白皮书及ITU愿景报告4）为了满足2020后的eMBB需求，一方面，4G空口将持续演进和增强：通过更多的载波聚合（如32载波）和多天线增强，如FD-MlMO,MaSSiVeMIMO等实现更高吞吐率；通过多连接、多RAT融合持续增强技术实现更好的异构组网和用户体验；通过更加灵活的频谱使用增加可用频率总量和频率利用效率。另一方面，为了达到5G部分极高KPl指标，如IoGbPS峰值速率，需要引入5G新空口和新技术特性。为了满足mMTC场景需求，基于4G的M2M特性将在技术和实现上持续演进和增强，满足一定场景的需要。更重要的，需要设计全新的针对低功耗、大连接、低成本、深度覆盖的5G物联网新空口，针对物联网业务特性设计全新的系统带宽，选择合理的载波设计，优化实现信令过程和业务过程，以极低的成本满足未来千亿连接的物联网广泛普及使用的需求。为了满足UMTC场景需求，拓展车联网、工业控制等场景，一方面可以基于现有1.TE-A系统，进一步扩展和增强D2D特性、群组通信特性等支持更多行业的扩展，另外可以在后向兼容的基础上设计新子帧结构和传输过程，缩短端到端时延，提升用户体验。但是4G增强很难满足5G提出的ImS空口时延以及99.999%可靠性的需求，所以需要设计5G新空口，引入新的载波设计，缩短子帧长度，支持新的调度和资源分配模式，新的组网形态和端到端传输方式等以缩短时延，同时引入先进的编码调制，先进的传输方式以提高传输的可靠性。由于支持的场景众多，频率范围广，5G空口设计上应尽量灵活可配置，避免多网络重复建设，降低系统复杂度和整网成本。尽量统一灵活空口设计将成为5G空口重要目标。综上，在5G演进路线上，4G及其演进系统与5G系统将长期共存，并与其它无线宽带技术（如下一代W1.AN）紧密融合，如图2.3所示。4G演进主要面向6GHz以下频段，满足部分5G场景和需求，5G新空口则同时工作在低频段和高频段，满足全部5G场景和需求。4Groute5Groute图2.35G技术路线图2.2 设计框架5G设计框架包含了5G愿景、5G场景、5G能力、设计理念、核心技术、测试评估和5G方案等多个要素。网络愿景是“柔性、绿色、极速”2。目标场景是eMBB、mMTC和UMTC,包括移动互联网、工业互联网和车联网以及其他具体场景4。为实现愿景和场景目标，图2.2清晰的定义了5G能力。如图2.4和2.5所示，为了实现这些目标和能力，5G设计理念从香农理论再思考、蜂窝再思考、信令控制再思考、天线再思考、频谱空口再思考2,到前传再思考和协议栈再思考，全面定义5G设计原则。基于这些理念,UCN和SDAl两个核心概念被明确作为5G系统解决方案的基础，这里UCN通过RAN架构和功能重定义，尝试提供一个拥有公共的高层协议的统的无线接入架构，而SDAI通过空口不同功能模块的重定义，提供一个具备面向各种差异化业务和场景的定制能力的统一空口。UCN和SDAI中关键使能技术的性能将被评估和测试，同时考虑频谱策略和测试测量技术，以验证技术UCN和SDAl的5G解决方案是否能达到5G能力目标，这是一个闭环设计过程。5GvisionTo/ftagvM11puffieyawrelesss/stemsTbXtVMkappl；CfitionqdadawareToZMBSGViaibIe刃RethInkRing&YcungRethinkSignafang&ContrdRttfcAmennaIRethinkSpectrum&Ari1eraceperFast'V图2.4从5G愿景到研发理念21AA"M通信论HJ*tMe*.!C4BM<X¾M9¾t图2.55G设计框架2.3 频谱策略上述对5G总体需求的研究表明无论从增强的移动宽带的业务需要还是海量的机器类通信的人与物和低时延高可靠的物与物的通信需求，都需要有未来对新的频谱、更大带宽的频谱的要求，特别是用户业务需求和应用的增长、以及设备连接数的百亿级需求对于无线新技术和新频谱都提出了更高的要求。ITU-R在WRC-15研究周期里(针对WRC-15AI1.l),对满足未来2020年以前的频谱需求和候选频段进行了广泛深入研究，开展了如图2.6所示候选频段的共存分析和频段使用的研究：470694/698135014001427145214921518152516951710(MHz)27002900330034003600370038004200(MHZ)4400450048004990535054705725585059256425(MHZ)图2.6ITU-R研究的6GHz以下候选频段在2015年11月即将召开的2015世界无线电大会上将完成对新的IMT候选频段的确认分配工作。我国也积极开展了IMT候选频段的研究，提出了3300-3400MHz,4400-4500MHz,以及4800-4990MHz的候选频谱的支持意见。但从目前的各国提出的候选频段在ITU和各区域组织的讨论上看，各地区、国家候选频谱的提出比较分散不统一，并且距ITU研究组测算的频谱需求总量还有比较大的缺口，未来移动通信论坛支持产业界的AR胁通信论发'IKaMtafeMMT%MKMf未来移动通信论坛5G白皮书努力，在WRC-15的后期准备和大会期间，积极推动满足未来频谱需求预测所需的额外频谱的确认工作，来满足未来移动通信2020年以前的业务要求。为了更好的满足2020年及以后移动通信业务持续发展的需要，ITU-RWP5D完成了IMT.VISION的研究工作，制定了5G发展的愿景和需求，并明确了5G的命名为“IMT2020”。目前全球各地区的研究机构以及工业界也都开始了有关5G相关技术和频谱的研究工作，因此各区域无线电规则组织也都在考虑为下届大会WRC-19建立IMT相关议题，目标是在下届大会上确认IMT全球统一的5G频谱。由于5G需要更高的速率和带宽，6GHz以上高频段成为研究的热点。技术方面，ITU-RWP5D已经完成了IMT.ABOVE6GHz的研究报告，研究6GHz以上的频段用于IMT的技术可行性，以及相关的使能技术，如，有源和无源部件、天线技术、部署架构和仿真、特性测试的一些结果。该报告在2015年7月的SG5的会议上得到通过。频率方面，目前部分地区和国家已积极支持WRC-19为IMT成立相应的议题，研究未来6-100GHZ频段IMT的候选频段，满足2020年以后到2030年的IMT的频谱需求,并在ITU下一研究周期展开相应的候选频段、共存研究分析的工作。这里列出全球频率划分均为MS主用划分的频段，如图2.7所示。图2.76JooGHZ频段IMT的候选频段未来移动通信论坛，支持在WRC-15大会上为下届大会WRC-19确立IMT新的议题，并积极开展5G相关技术和频谱的研究，特别是在6GHz-100GHz频段用于IMT的可行性和信道测量与建模方面开始了相关的研究工作。未来移动通信论坛，也对未来5G频率部署展开了技术讨论，基本观点为满足未来5G的业务需求，需要有低频段的覆盖，还需要像2.6GHz、3.5GHZ这样的满足容量要求的频段，同时需要6GHz以上的高频段的部署，并通过波束赋形等5G技术，支持更高要求的宽带业务需求。未来移动通信论坛将后续研究高频段的技术特性，对高频段使用的候选技术、频段展开进一步的研究。AR曲通体论发'tMIMktKMI未来移动通信论坛5G白皮书2.4 测试需求5G与现有的3G/4G技术相比提出了更为激进的性能要求。需要巨大的改变和更多的新技术来满足5G的需求。因此，为了验证这些改变和新技术与5G需求相匹配，相应的测试测量技术不仅对研发很重要，也对未来的网络部署也很重要。5G新技术很大的可能性将会包括亳米波频率，超宽的带宽，和大规模多天线技术。首先最重要的是用户和设备之间的空间信道的测量，建立信道性能的数学模型，并使用它们来定义5G新的空中接口标准。5G空口也发生着重大变化来满足5G的性能要求。包含软件定义的新空口概念，新的空口技术包括MassiveMIMO,高频段通信，新的波形和多址技术等。每项新技术需要专门的测试解决方案，验证这项技术实际能够达到的性能，并验证性能优化解决方案。例如，MassiveMIMO测试解决方案需要扩展到多通道来测试TX/RX性能指标，并采用OTA测试来测试系统性能。还有一个很重要的方面，5G网络发生非常大变化来满足5G网络性能要求：高的数据速率，高容量，低延迟等。专用的测试和测量解决方案来验证新的网络体系的性能，也有助于优化5G网络部署。5G网络测试的挑战主要在于这些测试解决方案需要：支持分布式的测量，能够进行大规模的测试，能够仿真实际的信令业务和数据业务来实现网络的压力测试。同时与现有多种无线接入网络的兼容性测试是测试方案的另外一个挑战。作为未来论坛5G兴趣组的一部分，5G测试测量小组致力于5G测试技术的研究并力求为测试方案提供指引。在测试专项白皮书中，上文所提到的测试方向都做了广泛的讨论和严谨的论证。通过白皮书的研究成果，可以预期5G的测试方案是可行的，但也面对着从方法论到具体实现的巨大挑战。在未来，5G测试测量小组会继续更加广泛和深入的研究5G测试技术。通过跟踪最新的测试测量方案，小组会吸收更多的对5G测试感兴趣的伙伴，从而推动5G测试产业链的发展。同时通过白皮书的持续更新，发布最新的测试方案和测试成果，可以为5G测试提供参考并加速5G测试的标准化过程。Ail励遢优企&'mkltafeMMTMKMI未来移动通信论坛5G白皮书3用户中心网络UCN1 .1UCN总体目标3 .1.1.端到端总体架构与目标在提升移动网络的性能，以及支持更多样化应用场景的同时，5G网络架构的目标是：更简单、更高效、更灵活、更开放。 简单：功能、接口和协议可以进一步简化、融合，或者设计更简单的替代逻辑，例如I,跨网的互操作可以通过更扁平、更简单的功能和协议来实现； 高效：低成本的网络部署、高效的流量转发，以及优化的业务路由能够提升业务提供的有效性，降低业务成本；接入网络和核心网络去耦合，能够独立灵活演进； 灵活：网络功能可以及时进行更新，能够灵活构建以及迁移；网络能够识别用户和业务场景的差异性，并提供相应的定制化的网络服务； 开放：网络的状态信息和网络的功能信息可以开放给第三方的应用，提高用户的体验，拓展网络生态，提升网络营收。面向上述抽象的网络设计准则，5G网络架构可以设计成若干层，即，接入层，汇聚层，控制层，服务层，开放式应用程序接口（API）和应用层，如图3.1所示。 接入层，包括多种无线接入技术（RAT）,4G、5G>WiFi等。 汇聚层，允许传统的核心网功能下放到接入网位置；汇聚层的主要功能包括多RAT管理，本地转发，本地数据处理、本地数据感知。 控制层包含了网络的核心控制功能，包括网络策略控制、业务会话、移动性管理、集中数据网关；同时，控制层能够灵活地管理配置汇聚层的本地用户面功能。 服务层提供增值业务服务，比如，流量优化（例如，视频优化加速），类似防火墙的安全功能，进一步提升用户体验。 开放式API可以管理和调用网络关键功能块提供的信息和能力，并开放给第三方应用。 应用层包括来自OTT服务商、企业以及移动虚拟运营商提供的各种应用。AA"M通信论HJ*tMe*.!C4BM<X¾M9¾tOpenAPIControl1.ayerEnterPriSe.Application1.ayer图3.15G端到端网络架构示意图总结起来，5G网络架构需要实现如下架构特征：控制平面和转发平面分离，网络功能虚拟化，灵活的网络业务流程，网络的开放性，多网多制式融合，本地化缓存/处理/转发，灵活组网。这些特征依赖如下相对应的技术趋势：软件定义的网络/网络功能虚拟化（SDN/NFV）技术，网络切片技术，融合多制式网络技术，超密集网络实现技术，C-RAN/下一代前传接口（NGFD。值得一提的是，SDN/NFV技术有助于建立一个通用、可管理的网络基础设施框架；并且，基于这个设施框架，能够实现软件定义、可编程的网络功能和网络分片。SDN/NFV技术促成了一个全新网络理念的诞生、加速5G网络迈向绿色和柔性。3.1.2. 无线接入网总体目标截至目前，无线接入网络面向所有用户提供无差别的一致的网络架构和服务。然而，在5G时代，不仅业务将会更加多样化、网络的接入点以及网络的拓扑都将更加复杂。因此，UCN接入网络（RAN）需要具体实现如下目标： UCNRAN应该有足够的能力，能够支持所有5G用例，包括高密度流量，超低成本，超低延迟。 UCNRAN应该实现高效率，这意味着：需要面向不同业务和网络场景，提供场景相关的效率最优化的网络服务。 为了实现网络的简化操作，网络中所有的业务场景对应的多有的网络服务，需要通过一个灵活可伸缩的网络架构框架统一地进行管理。 该架构框架需要能够感知业务需求和网络状态，决策以及提供最优的网络服务和网络配置。3.2无线接入网框架表3-1列举了3个5G关键场景的核心性能指标以及中发现的一些相应的技术的映射关系:表31应用场景和技术引擎的映射关系CMBBmMTCuMTC关键性能指标（KPI）用户感知数据速率；高移动性海量连接；低成本超低时延；超高可靠性技术引擎超密集网络；多连接；多网多制式融合；移动边缘计算动态网络移动边缘计算；D2D；V2X；动态网络根据所述四个UCNRAN目标，UCNRAN主要包含如下四个架构元素: RAN重构：在5G,无线网络环境变得更加复杂，将包括多样的接入点和拓扑。为了提升网络整体效率，UCNRAN将打破传统蜂窝小区的边界。通过将RAN功能分配到不同的最佳承载的接入点，以及通过接入点间的协作配合，UCNRAN将充分利用不同网络接入点的差异性、通过节点间协作，实现优化的网络效率； 边缘提升：如表3-1指出的，网络应该部署融合的边缘服务，以支持最低ImS的端到端网络延迟。与此同时，考虑到移动宽带将持续作为网络的主要驱动业务，可以通过部署边缘数据中心以及边缘控制器，实现有效的数据分流、分发以及本地移动性支持，从而增强移动宽带用户的体验。此外，边缘服务还包括RAN上下文信息以及RAN能力的开放，可以用于支持包括跨层优化等业务提升技术。 CN-RAN再划分：从表31可以看到，已有网络架构需要更加扁平化，以便支持多RAT融合，以及不超过IOms的端到端时延。因此，UCN将重新划分核心网络（CN）和接入网络（RAN）的功能、简化网络功能、接口和协议，以实现高效扁平的架构逻辑； 网络切片即服务：不同于传统的所有场景通用的一样的网络架构和流程，UCN将面向不同业务场景提供定制化的网络服务，在满足业务需求的基础上、实现高的网络效率。网络服务的选择和提供将通过一个通用的、可管可控的网络基础设施实现。这种设施可以实现软件定义、可编程的网络功能和网络服务，从而，可以帮助实现灵活和可扩展的UCN网络。图3.2是UCNRAN的框架示意图。其中，集中的无线网络控制器负责支持多RAT的融合、多连接的协调和边缘控制；无线数据中心面向终端用户提供边缘数据业务。AA"M通信论HJ*tMe*.!C4BM<X¾M9¾t图3.2UCNRAN框架示意图3.2.1. RAN重构RAN重构可以从以下几个方面考虑： 随着UDN和C-RAN被确定为5G关键使能技术，传统静态的蜂窝边界将被打破以支持平滑的移动性体验。在异构网络，控制平面可以始终由宏站承载、用户平面可以由集中控制面进行协调调度。特别地，通过在多个小蜂窝的协作，实现控制信令的分集传输，可以构造虚拟的控制面。,除了业务的KPI,网络效率也被确定为5G重要指标。在4G,每个基站是一个独立小区、具备完整的接入网络功能。每个小区独立地广播专属的存在信息、系统信息和同步信号。但是，相同的独立广播机制应用到UDN或重叠覆盖的多制式多接入场景，容易造成广播风暴；同时，大量的广播信息，一方面造成网络干扰，另一方面，减少了可用的数据传输资源，降低了系统性能。因此，5GUCN网络传输，包括绝大多数的网络广播信息，将只在需要的时间、需要的地点发生。具体地，可以搭建一个极简广播层，保证网络可用信息的发送、进而保证用户可以随时找到可用网络；这个广播层可以为多个接入制式多个接入网络所共用。非广播层的接入点仅在有数据要发送的时候激活。ARWM通信论上'iIMM 如上所述，融合多制式多空口技术以及多连接技术，是5G的关键技术，能够满足无缝用户体验以及有效网络资源利用。然而，多制式多连接的协调很难有效地在完全分布的4G架构逻辑上实现。NGFl技术致力于支持不同程度的接入集中模式；它通过重新定义C-RAN架构中的集中基带单元（BBU）和远程射频单元（RRU）之间的功能切割、分布，能够很容易地支持网络的互操作。适配不同的前传能力和不同的业务，网络支持灵活的RAN功能切分。NGFl支持的网络架构能够有效支持包括RAN控制面/数据面分离、多制式多接入融合以及多连接技术。3.2.2. 边缘提升边缘提升可以从以下几个方面来说明： 5G时代，在网络边缘，比如基站上，可以部署无线数据中心，以解决业务分流出口。同时，RAN边缘控制器可以为某个第三方应用的某个IP业务流选择最佳路由，导向本地或者远程网关。此外,边缘控制器需要能够有效地处理用户在多个网关之间的移动性，包括本地网关之间，以及本地网关和远程网关之间的移动性。 无线接入网络能力和网络的上下文可开放给第三方业务提供商，使得服务的提供可以适配网络能力和网络条件进行优化，提升用户体验。举个例子，用户的MAC或者R1.e层的吞吐量可以开放给业务侧的TCP窗口控制，进行TCP业务分发优化。 除了通信网络能力，无线接入网络也可以开放边缘计算能力。这种边缘计算有助于提高要求严苛的业务的服务质量，比如对延迟和带宽要求很高的业务类型。举个例子，本地数据中心的部署对于提升基于虚拟现实或者增强现实的交互在线游戏的用户体验非常有效。而网络能够适配不断涌现的新的业务类型伸缩地生成新的网络功能块。OpAPI图3.3边缘控制的灵活网络路由3.2.3. 核心网与接入网再划分CN-RAN的再划分可以从以下几个方面来考虑: 5G网络需要在特定应用场景下支持毫秒量级的端到端网络延迟。因此，网络接口和协议将被重新设计，使之更加简洁、高效，从而降低网络延迟。网络需要减少通信链路必须经过的网元节点和必须激活的网络功能。举个例子，通过将传统的分级映射的网络承载，进行扁平化的重新设计,潜在可以缩短网络的时延。 5G需要支持融合多制式多接入技术，使得所有的无线网络资源能够统筹调度，实现最优化的用户体验和最有效的网络资源利用。然而，在传统的蜂窝网络，多个不同制式的协调是在CN实现的；层次化的网络架构导致难以实现跨制式的平滑互通。因此，UCNRAN将支持多种制式多种接入方式在RAN侧进行有效融合，在上层面向用户提供统一的无差别的通信链路，实现网络服务和空口接入方案的解耦。 一旦网络业务通过边缘提供，需要有新的方式来定义CN和RAN的边界。同时，网络潜在需要定义新的功能以及接口来支持边缘网络架构。3.2.4. 网络切片即服务5G网络可用为特定的业务和网络场景提供定制的网络切片服务。为了实现这种“网络切片即服务”，需要进一步完成如下工作： 为每个垂直行业的业务用例设计最优网络切片方案，包括网络拓、网络架构和网络协议。 支持基于业务上下文感知的动态控制策略，支持最佳网络切片的决策。 逻辑上分离的网络切片可以共存在同一个共享的物理网络基础设施上。支持各个网络切片的类似功能，比如各个切片的物理层功能、MAC层功能等，在相同物理设施的共存问题需要进行仔细研窕，包括通过简单的参数配置实现灵活切片功能以及通过完全垂直的网络功能实现不同切片等。图3.4一个共享的网络基础设施通过网络切片支持不同应用用例3.3关键使能技术3.3.1. UDNUDN是满足2020年后超高流量通信的需求，将成为一种关键技术。通过在UDN中大量装配无线设备，可实现极高的频率复用。这将使得，在热点地区系统容量获得几百倍的提升。典型的UDN场景包括:办公室、聚居区、闹市、校园、体育场和地铁等。但是持续的网络密度提升将带来新的挑战，如：干扰、移动性、回传资源、装置成本等。为满足典型场景的要求，并克服这些挑战，虚拟小区技术、干扰管理及抑制技术和协作传输及反馈技术将是UDN领域中的重要研究方向。虚拟小区技术包括用户中心虚拟小区技术、虚拟分层技术和软扇区技术。用户中心虚拟小区的目标是实现无边缘的网络结构。由于用户覆盖范围及服务要求的限制，虚拟小区随着用户的移动而不断更新，并在虚拟小区及用户终端之间保持高质量的用户体验和用户服务质量(QoEZQoS),而不必考虑用户的位置。虚拟小区技术打破了传统的小区概念，不同于传统的小区化网络，此时的用户周围的接入点组成虚拟小区并联合服务该用户，并以之为中心。随着用户的移动，新的接入点AAwM通信论上；将加入小区，而过期的接入点将被快速的移除。图3.5表示了用户中心化的虚拟小区的工作原理。具体来说，用户周围大量的接入点构成虚拟小区，以保障用户处于虚拟小区中央。一个或多个接入点将被新的接入点替换，这意味着随着用户的移动，新的接入点将加入移动小区的边缘。这种虚拟化小区的主要优点是保持较高的用户体验速率。图35用户中心式虚拟小区虚拟分层技术是基于由虚拟层和真实层构成的多层架构网络。此时，虚拟层用于广播、移动性管理等，真实层用于传输数据。在相同的层内，不再需要小区重选和切换，因此用户体验将极为可观。对于软扇区技术，多个扇区有中心控制单元生成的多个波束形成。软扇区技术可以对真实扇区和虚拟扇区提供统一化的管理，减少操作复杂度。干扰管理和抑制技术可分为两种：基于接收机和基于发射机。对于下行链路，基于接收机的干扰消去技术需要用户的基站之间的协作。在用户端，须要使用一些非线性算法，如SlC和M1.D等。在基站端，各相邻小区间须交互干扰信息。对于上行链路，基于接收机的干扰消去技术几乎只需在基站端进行操作，与COMP类似。在基站端，中控设备可实现小区间的信息/数据交互。基于发射机的干扰消去，通常被传统的IeIC技术采用。更进一步的说，下行链路CoMP可被认为是ICIC的一种实现方式。相比于分布式协作，中心化协作的增益要更高，收敛速度更快。在UDN中，各小小区协作是一种典型场景，该场景更适于设置一个中心控制器。在另一方面，NFV是一种网络架构的演变趋势，其将平滑的提供一种中心化的协作方式。接入和回传的联合优化包括以下几种技术，级联回传技术和无线自回传技术。在级联回传架构下，基站端将进行层标号。第一层由宏小区和小小区组成，由有线链路进行连接。第二次的小小区通过单跳无线传输与第一层的基站相连。第三层及之后各层的与第二层的情况类似。在此框架下，有线与无线回传向结合，实现即插即用的网络架构。自回传是无线回传的主要形式。自回传技术的明显特征是接入和回传链路通过时分/频分复用共同使用相同的频率资源。同时，接入和回传链路的资源分配更加灵活，因此，接入回传联合优化可大幅提升资源的有效利用率。一些自回传的增强技术可显著提升自回传链路的容量，包括和BC+MAC技术和虚拟MlMO技术。在BC+MAC方案中，在第一阶段，主TP向各从TP和用户广播信息；然后，在第二阶段，用户通过空分多址的方式自主TP和从TP接收不同的信息。虚拟MIMo技术使用多个中继节点或协作用户构建一个类似于MlMO的网络。根据图3.6,在粉色的簇小，个中继节点将合作构成一个8天线的虚拟MlM0,其中DeNB拥有8天线，各中继节点包含2个天线。因此，虚拟MIMo的最主要优点是，其可以利用更高的自由度进行干扰抑制。SU-MIMOMU-MIMOVirtuaI-MIMO图3.6虚拟MIMO对于具体的技术描述请参考白皮书2.0-E,一些加强UDN的关键技术，包括动态簇优化、动态多连接优化和基于BS/UE比的基站密度优化等，将在今后的研究中进一步探索。3.3.2. C-RAN/NGFI面向无线接入网络演进和5G关键能力需求，C-RAN(Centralized,Cooperative,CloudRAN)是未来无线接入网演进的重要方向。NGFI网络用于连接无线云中心(RadioCk)UdCemer,RCC)和远端无线处理系统(RemoteRadioSystem,RRS),定义高带宽和低延迟的前传网络是5G的必然需求。首先，在RCC引入资源调配控制单元进行分层协作化，可有效地解决高容量和高密度网络中的干扰问题。其次，基于NGFl的C-RAN可实现BBU/RRU功能重构，从而更好地满足未来网络C/U分离、MaSSiVeMlMo等新技术要求。最后，面向低时延和高带宽的上层业务需求，业务下沉和核心网功能边缘化趋势明显。在考虑业务命中率的前提下，RCC是折中服务用户数和业务时延需求的业务下沉部署点。如图3.7所示，RRS汇聚小范围内RRU信号经部分基带处理后进行前端数据传输，可支持小范围内物理层级别的协作化算法，适用于宏微覆盖HetNet场景和密集UDN高容量场景。NGFI网络是低时延、高带宽的包交换网络，提供RCC与RRS间的低时延信息交互，为在RCC实现MAC及以上层级的快速协作算法提给基础。RCC可实现跨多个RRS间的大范围控制协调和协作化算法，以及多小区控制面/用户面逻辑上的分离，并且为网络开放接口APl和虚拟化提供部署点。输接口）基于NGFl的C-RAN无线网络架构前传接口统站级传宏升RRS间二级协作后传接口K"'图3.7基于NGFI的C-RAN无线网络架构3.3.3. SDN/NFV软件定义网络（SDN）来源于SUmford大学重构传统路由交换网络的创新工作，针对未来无线网络演进的需求，SDN/NFV作为5G关键技术之一，成为无线网络架构演进的重要方向。目前大家较为认可的SDN定义可以概括为“控制/转发分离，简化的数据（转发）面，集中的控制面，软/硬分离、网元虚拟化及可编程的网络架构“。软件定义网络采用软件集中控制、网络开放的三层架构，提升网络虚拟化能力，实现全网资源高效调度，提供了网络创新平台，增强了网络智能。网络功能虚拟化（NFV）源于运营商在通用IT平台上通过软件实现网元功能从而替代专用平台的尝试，从而降低网络设备的成本。NFV系统通常包括虚拟的网络功能（VNF,即实现网络功能的软件）,NFV基础设施（NFVl）,NFV管理与协同（NFV-MANO）三个部分。由于SDN/NFV在灵活性、支持快速创新方面的优势，被广泛认为是网络演进的主要驱动力量。然而,5G在核心网和接入网是否需要引入SDN和NFV技术，哪些5G的需求需要采用SDN和NFV,SDN和NFV技术会对5G产生何种影响，SDN和NFV如何演进才能满足5G的要求，这些都是在5G架构研究中期待得到解决的问题.WSDN由于控制平面和转发平面的分离，给网络的控制带来了极大的灵活性，提供快速部署，更改，按需分配的可能；同时南向何北向接口的公开，促进了设备的互联和互通，使得控制部分和数据转发部分可以分别演进和部署，提高网络的灵活性和可扩展性，朝着控制功能集中化，虚拟化，转发功能标准化，可控化发展.NFV将虚拟化技术引入到电信领域，使得硬件和软件能够解耦，采用通用平台来完成专用平台的功能.目前核心网的控制部分较为复杂，需要多个网元，功能实体的配合完成核心网的控制功能，采用通用平台实现的方式可以基于虚拟化技术和虚拟化网络功能的方式实现核心网的控制功能，具有灵活性，可扩展，便于维护和管理的特点.根据ITU5G愿景，表3-2中所列的5G应用场景非常适合用SDN和NFV技术来实现。表3-2适于用SDN/NFV技术实现的5G应用场景网络切片SDN集中的控制,分布式可控数据平面很适合网络切片的应用边缘计算边缘计算的实施需要更灵活动态的路由,来连接用户和应用,非常适合SDN来实现快速灵活的网络,计算，存储部署SDN和NFV提供更好地灵活性,可扩展性,提供快速定制的可能超密集网络SmalICen的移动性,干扰控制需要集中的控制,灵活和可扩展的控制，需要NFV技术的支撑.SDN技术和集中的移动控制可能更好地解决移动性问题5G动态的带宽5G用户和设备会进一步增加,吞吐率将呈现出更不均