第1章　网络概述

第四代移动通信技术（4G）以正交频分多址接入（Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA）技术为基础，其数据业务传输速率能够在较大程度上满足宽带移动通信应用需求。然而，随着智能终端的普及应用及移动新业务需求的持续增长，4G无线通信的传输速率、时延和容量难以满足未来移动通信的应用需求。

5G网络定位于频谱效率更高、速率更快、容量更大、时延更低的无线网络，面向行业客户，提供物与物之间的连接，加快智能社会的步伐。5G网络支持100Mbit/s的用户体验速率、106台连接设备/km2的连接密度、毫秒级的端到端时延、500km/h以上的速度和20Gbit/s的峰值速率。其中，用户体验速率、连接密度和时延为5G网络的三个基本性能指标。同时，5G网络大幅提高网络部署和运营的效率，能效相比4G网络提升百倍以上。表1-1为国际电信联盟（International Telecommunication Union，ITU）针对5G网络定义的主要能力指标要求。

另外，ITU为5G定义了eMBB（增强移动宽带）、mMTC（大规模机器通信）和uRLLC（超高可靠低时延通信）三大应用场景，具体应用包括超高清视频、增强现实（Augmented Reality，AR）/虚拟现实（Virtual Reality，VR）、智慧城市、智慧家居、紧急任务应用、工业自动化、自动驾驶等，如表1-2所示。

面对多样化场景的极端差异化性能需求，5G很难像以往一样以某种单一技术为基础形成针对所有场景的解决方案。5G技术创新主要来源于无线技术和网络技术两方面：在无线技术领域，大规模天线阵列mMIMO、超密集组网、新型多址和全频谱接入等技术已成为业界关注的焦点；在网络技术领域，基于软件定义网络（Software Defined Network，SDN）和网络功能虚拟化（Network Function Virtualization，NFV）的新型网络架构已取得广泛共识。

4G网络到5G网络的演化如图1-1所示。

与4G网络相比，5G网络的变化主要体现在以下几个方面。

（1）5G网络空口支持20Gbit/s的峰值速率，用户体验速率达到100Mbit/s。

（2）由原来的集中式核心网演变成分布式核心网。核心网用户面功能可以下沉到中心机房，在地理位置上更靠近终端，减小传输时延。

（3）分布式应用服务器（Application Server，AS）。AS部分功能下沉至中心机房，并在中心机房部署移动边缘计算（Mobile Edge Computing，MEC）服务器。MEC将应用、处理和存储推向移动边界，使得数据可以得到实时、快速处理，以减少时延、减轻网络负担。

（4）重新定义基带处理单元（Base band Unit，BBU）和射频拉远单元（Radio Remote Unit，RRU）功能。将BBU拆分为中心单元（Centralized Unit，CU）和分布单元（Distributed Unit，DU），用有源天线单元（Active Antenna Unit，AAU）取代RRU和天线，同时将原BBU部分PHY功能下沉到AAU，以减小前传容量，降低前传带宽需求。

（5）网络功能虚拟化（Network Function Virtualization，NFV），在通用的服务器上通过软件来实现网元功能，最终目标是实现软硬件分离，用基于行业标准的x86服务器，存储和交换设备取代通信网专用的网元设备。

（6）SDN是一种新型的网络架构，可将网络设备的控制权分离出来，由集中的控制器管理，无须依赖底层网络设备，屏蔽了来自底层网络设备的差异。控制权完全开放，用户可以自定义任何想实现的网络路由和传输规则策略，从而更加灵活和智能。5G网络通过SDN连接边缘云MEC和核心云里的虚拟机VMs，SDN控制器执行映射，建立核心云与边缘云之间的连接。传统网络与SDN网络的对比如图1-2所示。

（7）网络切片技术。运营商的物理网络可以被划分为多个虚拟网络，每一个虚拟网络根据不同的服务需求（如时延、带宽、安全性和可靠性等）来划分，以灵活应对不同的网络应用场景，提供差异化服务，满足不同业务需求。

（8）5G网络空口技术演进，如表1-3所示。

5G网络面向的对象包括智慧城市、智慧家居、智能驾驶、工业自动化等，因此5G网络的安全性很重要。与4G网络相比，5G网络在加密算法、网间互联、用户面数据保护方面均有明显加强，如图1-3所示。

5G网络沿用4G网络的分层安全架构保障机制，同时针对5G核心网SBA域进行安全增强。