5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要分為三類：核心網(wǎng)、回傳和前傳網(wǎng)絡(luò)、無線接入網(wǎng)。

核心網(wǎng)

核心網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)主要包括：網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）、軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）、網(wǎng)絡(luò)切片和多接入邊緣計算（MEC）。

1、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）

NFV，就是通過IT虛擬化技術(shù)將網(wǎng)絡(luò)功能軟件化，并運行于通用硬件設(shè)備之上，以替代傳統(tǒng)專用網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備。NFV將網(wǎng)絡(luò)功能以虛擬機的形式運行于通用硬件設(shè)備或白盒之上，以實現(xiàn)配置靈活性、可擴展性和移動性，并以此希望降低網(wǎng)絡(luò)CAPEX和OPEX。

NFV要虛擬化的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備主要包括：交換機（比如OpenvSwitch）、路由器、HLR（歸屬位置寄存器）、SGSN、GGSN、CGSN、RNC（無線網(wǎng)絡(luò)控制器）、SGW（服務(wù)網(wǎng)關(guān)）、PGW（分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)）、RGW（接入網(wǎng)關(guān)）、BRAS（寬帶遠程接入服務(wù)器）、CGNAT（運營商級網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換器）、DPI（深度包檢測）、PE路由器、MME（移動管理實體）等。

NFV獨立于SDN，可單獨使用或與SDN結(jié)合使用。

2、軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）

軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN），是一種將網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施層（也稱為數(shù)據(jù)面）與控制層（也稱為控制面）分離的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方案。網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施層與控制層通過標準接口連接，比如OpenFLow（首個用于互連數(shù)據(jù)和控制面的開放協(xié)議）。

SDN將網(wǎng)絡(luò)控制面解耦至通用硬件設(shè)備上，并通過軟件化集中控制網(wǎng)絡(luò)資源。控制層通常由SDN控制器實現(xiàn)，基礎(chǔ)設(shè)施層通常被認為是交換機，SDN通過南向API（比如OpenFLow）連接SDN控制器和交換機，通過北向API連接SDN控制器和應(yīng)用程序。

SDN可實現(xiàn)集中管理，提升了設(shè)計靈活性，還可引入開源工具，具備降低CAPEX和OPEX以及激發(fā)創(chuàng)新的優(yōu)勢。

3、網(wǎng)絡(luò)切片（NetworkSlicing）

5G網(wǎng)絡(luò)將面向不同的應(yīng)用場景，比如，超高清視頻、VR、大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等，不同的場景對網(wǎng)絡(luò)的移動性、安全性、時延、可靠性，甚至是計費方式的要求是不一樣的，因此，需要將一張物理網(wǎng)絡(luò)分成多個虛擬網(wǎng)絡(luò)，每個虛擬網(wǎng)絡(luò)面向不同的應(yīng)用場景需求。虛擬網(wǎng)絡(luò)間是邏輯獨立的，互不影響。

只有實現(xiàn)NFV/SDN之后，才能實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片，不同的切片依靠NFV和SDN通過共享的物理/虛擬資源池來創(chuàng)建。網(wǎng)絡(luò)切片還包含MEC資源和功能。

4、多接入邊緣計算（MEC）

多接入邊緣計算（MEC），就是位于網(wǎng)絡(luò)邊緣的、基于云的IT計算和存儲環(huán)境。它使數(shù)據(jù)存儲和計算能力部署于更靠近用戶的邊緣，從而降低了網(wǎng)絡(luò)時延，可更好地提供低時延、高寬帶應(yīng)用。

MEC可通過開放生態(tài)系統(tǒng)引入新應(yīng)用，從而幫助運營商提供更豐富的增值服務(wù)，比如數(shù)據(jù)分析、定位服務(wù)、AR和數(shù)據(jù)緩存等。

5、前傳和回傳技術(shù)

回傳（Backhaul）指無線接入網(wǎng)連接到核心網(wǎng)的部分，光纖是回傳網(wǎng)絡(luò)的理想選擇，但在光纖難以部署或部署成本過高的環(huán)境下，無線回傳是替代方案，比如點對點微波、毫米波回傳等，此外，無線mesh網(wǎng)絡(luò)也是5G回傳的一個選項，在R16里，5G無線本身將被設(shè)計為無線回傳技術(shù)，即IAB（5GNR集成無線接入和回傳）。

前傳（Fronthaul）指BBU池連接拉遠RRU部分，如C-RAN章節(jié)所述。前傳鏈路容量主要取決于無線空口速率和MIMO天線數(shù)量，4G前傳鏈路采用CPRI（通用公共無線接口）協(xié)議，但由于5G無線速率大幅提升、MIMO天線數(shù)量成倍增加，CPRI無法滿足5G時代的前傳容量和時延需求，為此，標準組織正在積極研究和制定新的前傳技術(shù)，包括將一些處理能力從BBU下沉到RRU單元，以減小時延和前傳容量等。

無線接入網(wǎng)

為了提升容量、頻譜效率，降低時延，提升能效，以滿足5G關(guān)鍵KPI，5G無線接入網(wǎng)包含的關(guān)鍵技術(shù)包括：C-RAN、SDR（軟件定義無線電）、CR（認知無線電）、SmallCells、自組織網(wǎng)絡(luò)、D2D通信、MassiveMIMO、毫米波、高級調(diào)制和接入技術(shù)、帶內(nèi)全雙工、載波聚合、低時延和低功耗技術(shù)等。

6、云無線接入網(wǎng)（C-RAN）

云無線接入網(wǎng)（C-RAN），將無線接入的網(wǎng)絡(luò)功能軟件化為虛擬化功能，并部署于標準的云環(huán)境中。C-RAN概念由集中式RAN發(fā)展而來，目標是為了提升設(shè)計靈活性和計算可擴展性，提升能效和減少集成成本。在C-RAN構(gòu)架下，BBU功能是虛擬化的，且集中化、池化部署，RRU與天線分布式部署，RRU通過前傳網(wǎng)絡(luò)連接BBU池，BBU池可共享資源、靈活分配處理來自各個RRU的信號。

C-RAN的優(yōu)勢是，可以提升計算效率和能效，易于實現(xiàn)CoMP（協(xié)同多點傳輸）、多RAT、動態(tài)小區(qū)配置等更先進的聯(lián)合優(yōu)化方案，但C-RAN的挑戰(zhàn)是前傳網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和部署的復雜性。

7、軟件定義無線電（SDR）

軟件定義無線電（SDR），可實現(xiàn)部分或全部物理層功能在軟件中定義。需要注意軟件定義無線電和軟件控制無線電的區(qū)別，后者僅指物理層功能由軟件控制。

在SDR中可實現(xiàn)調(diào)制、解調(diào)、濾波、信道增益和頻率選擇等一些傳統(tǒng)的物理層功能，這些軟件計算可在通用芯片、GPU、DSP、FPGA和其他專用處理芯片上完成。

8、認知無線電（CR）

認知無線電（CR），通過了解無線內(nèi)部和外部環(huán)境狀態(tài)實時做出行為決策。SDR被認為是CR的使能技術(shù)，但CR包括和可使能多種技術(shù)應(yīng)用，比如動態(tài)頻譜接入、自組織網(wǎng)絡(luò)、認知無線電抗干擾系統(tǒng)、認知網(wǎng)關(guān)、認知路由、實時頻譜管理、協(xié)作MIMO等。

9、SmallCells

SmallCells，就是小基站（小小區(qū)），相較于傳統(tǒng)宏基站，SmallCells的發(fā)射功率更低，覆蓋范圍更小，通常覆蓋10米到幾百米的范圍，通常SmallCells根據(jù)覆蓋范圍的大小依次分為微蜂窩、Picocell和家庭Femtocell。

SmallCells的使命是不斷補充宏站的覆蓋盲點和容量，以更低成本的方式提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。考慮5G無線頻段越來越高，未來還將部署5G毫米波頻段，無線信號頻段更高，覆蓋范圍越小，加之未來多場景下的用戶流量需求不斷攀升，后5G時代必將部署大量SmallCells，這些SmallCells將與宏站組成超級密集的混合異構(gòu)（HetNet）網(wǎng)絡(luò)，這將為網(wǎng)絡(luò)管理、頻率干擾等帶來空前的復雜性挑戰(zhàn)。

10、自組織網(wǎng)絡(luò)（SON）

自組織網(wǎng)絡(luò)（SON），指可自動協(xié)調(diào)相鄰小區(qū)、自動配置和自優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)，以減少網(wǎng)絡(luò)干擾，提升網(wǎng)絡(luò)運行效率。

SON并不是新鮮概念，早在3G時代就提出，但進入5G時代，SON將是一項至關(guān)重要的技術(shù)。如上所述，5G時代網(wǎng)絡(luò)致密化給網(wǎng)絡(luò)干擾和管理提出了空前的復雜性挑戰(zhàn)，更需要SON來最小化網(wǎng)絡(luò)干擾和管理，但即便是SON恐怕也難以應(yīng)付超級密集的5G網(wǎng)絡(luò)，因此，還需要上文提到的CR（認知無線電）技術(shù)來幫忙。

11、設(shè)備到設(shè)備通信（D2D）

設(shè)備到設(shè)備通信（D2D），指數(shù)據(jù)傳輸不通過基站，而是允許一個移動終端設(shè)備與另一個移動終端設(shè)備直接通信。D2D源于4G時代，被稱為LTEProximityServices（ProSe）技術(shù)，是一種基于3GPP通信系統(tǒng)的近距離通信技術(shù)，主要包括兩大功能：

?Directdiscovery，直連發(fā)現(xiàn)功能，終端發(fā)現(xiàn)周圍有可以直連的終端；

?Directcommunication，直連通信，與周圍的終端進行數(shù)據(jù)交互。

在4G時代D2D通信主要僅應(yīng)用于公共安全領(lǐng)域，進入5G時代，由于車聯(lián)網(wǎng)、自動駕駛、可穿戴設(shè)備等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用將大量興起，D2D通信的應(yīng)用范圍必將大大擴展，但會面臨安全性和資源分配公平性挑戰(zhàn)。

13、MassiveMIMO

要提升無線網(wǎng)速，主要的辦法之一是采用多天線技術(shù)，即在基站和終端側(cè)采用多個天線，組成MIMO系統(tǒng)。MIMO系統(tǒng)被描述為M×N，其中M是發(fā)射天線的數(shù)量，N是接收天線的數(shù)量（比如4×2MIMO）。

如果MIMO系統(tǒng)僅用于增加一個用戶的速率，即占用相同時頻資源的多個并行的數(shù)據(jù)流發(fā)給同一個用戶，稱之為單用戶MIMO（SU-MIMO）；如果MIMO系統(tǒng)用于多個用戶，多個終端同時使用相同的時頻資源進行傳輸，稱之為多用戶MIMO（MU-MIMO），MU-MIMO可大幅提升頻譜效率。

多天線還應(yīng)用于波束賦形技術(shù)，即通過調(diào)整每個天線的幅度和相位，賦予天線輻射圖特定的形狀和方向，使無線信號能量集中于更窄的波束上，并實現(xiàn)方向可控，從而增強覆蓋范圍和減少干擾。

MassiveMIMO就是采用更大規(guī)模數(shù)量的天線，目前5G主要采用的64x64MIMO。MassiveMIMO可提升大幅無線容量和覆蓋范圍，但面臨信道估計準確性（尤其是高速移動場景）、多終端同步、功耗和信號處理的計算復雜性等挑戰(zhàn)。

14、毫米波（mmWave）

毫米波（mmWave），指RF頻率在30GHz和300GHz之間的無線電波，波長范圍從1mm到10mm。5G與2/3/4G最大的區(qū)別之一是引入了毫米波。毫米波的缺點是傳播損耗大，穿透能力弱，毫米波的優(yōu)點是帶寬大、速率高，MassiveMIMO天線體積小，因此適合SmallCells、室內(nèi)、固定無線和回傳等場景部署。

15、波形和多址接入技術(shù)

4G時代采用OFDM技術(shù)，OFDM具有減少小區(qū)間干擾、抗多徑干擾、可降低發(fā)射機和接收機的實現(xiàn)復雜度，以及與多天線MIMO技術(shù)兼容等優(yōu)點。但到了5G時代，由于定義了增強型移動寬帶（eMBB）、大規(guī)模機器類型通信（mMTC）和超可靠低延遲通信（uRLLC）三大應(yīng)用場景，這些場景不但要考慮抗多徑干擾、與MIMO的兼容性等問題，還對頻譜效率、系統(tǒng)吞吐量、延遲、可靠性、可同時接入的終端數(shù)量、信令開銷、實現(xiàn)復雜度等提出了新的要求。為此，5GR15使用了CP-OFDM波形并能適配靈活可變的參數(shù)集，以靈活支持不同的子載波間隔，復用不同等級和時延的5G業(yè)務(wù)。對于5GmMTC場景，由于正交多址（OMA）可能無法滿足其所需的連接密度，非正交多址（NOMA）方案成為廣泛討論的對象。

16、帶內(nèi)全雙工（IBFD）

帶內(nèi)全雙工（IBFD），可能是5G時代最希望得到突破的技術(shù)之一。不管是FDD還是TDD都不是全雙工，因為都不能實現(xiàn)在同一頻率信道下同時進行發(fā)射和接收信號，而帶內(nèi)全雙工則可以在相同的頻段中實現(xiàn)同時發(fā)送和接收，這與半雙工方案相比可以將傳輸速率提高兩倍。

不過，帶內(nèi)全雙工會帶來強大的自干擾，要實現(xiàn)這一技術(shù)關(guān)鍵是要消除自干擾，但值得一提的是，自干擾消除技術(shù)在不斷進步，最新的一些研究和實驗結(jié)果已讓業(yè)界看到了希望，但最大的挑戰(zhàn)是實現(xiàn)復雜度和成本太高。

17、載波聚合和雙連接技術(shù)

載波聚合（CA），通過組合多個獨立的載波信道來提升帶寬，來實現(xiàn)提升數(shù)據(jù)速率和容量。載波聚合分為帶內(nèi)連續(xù)、帶內(nèi)非連續(xù)和帶間不連續(xù)三種組合方式，實現(xiàn)復雜度依次增加。

載波聚合已在4GLTE中采用，并且將成為5G的關(guān)鍵技術(shù)之一。5G物理層可支持聚合多達16個載波，以實現(xiàn)更高速傳輸。

雙連接（DC），就是手機在連接態(tài)下可同時使用至少兩個不同基站的無線資源（分為主站和從站）。雙連接引入了”分流承載“的概念，即在PDCP層將數(shù)據(jù)分流到兩個基站，主站用戶面的PDCP層負責PDU編號、主從站之間的數(shù)據(jù)分流和聚合等功能。

雙連接不同于載波聚合，主要表現(xiàn)在數(shù)據(jù)分流和聚合所在的層不一樣。

未來，4G與5G將長期共存，4G無線接入網(wǎng)與5GNR的雙連接（EN-DC）、5GNR與4G無線接入網(wǎng)的雙連接（NE-DC）、5G核心網(wǎng)下的4G無線接入網(wǎng)與5GNR的雙連接（NGEN-DC）、5GNR與5GNR的雙連接等不同的雙連接形式將在5G網(wǎng)絡(luò)演進中長期存在。

18、低時延技術(shù)

為了滿足5GURLLC場景，比如自動駕駛、遠程控制等應(yīng)用，低時延是5G關(guān)鍵技術(shù)之一。為了降低網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包傳輸時延，5G主要從無線空口和有線回傳兩方面來實現(xiàn)。在無線空口側(cè)，5G主要通過縮短TTI時長、增強調(diào)度算法等來減低空口時延；在有線回傳方面，通過MEC部署，使數(shù)據(jù)和計算更接近用戶側(cè)，從而減少網(wǎng)絡(luò)回傳帶來的物理時延。

19、低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（LPWA）

mMTC是5G的一大場景，5G的目標是萬物互聯(lián)，考慮未來物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量指數(shù)級增長，LPWA（低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)）技術(shù)在5G時代至關(guān)重要。

一些LPWA（低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)）技術(shù)正在廣泛部署，比如LTE-M（也稱為CAT-M1）、NB-IoT（CAT-NB1）、Lora、Sigfox等，功耗低、覆蓋廣、成本低和連接數(shù)量大，是這些技術(shù)共有的特點，但這些技術(shù)特點之間本身是相互矛盾的：一方面，我們通過降低功耗的辦法，比如讓物聯(lián)網(wǎng)終端發(fā)送完數(shù)據(jù)后就進入休眠狀態(tài)，比如縮小覆蓋范圍，來延長電池壽命（通常幾年到10年）；另一方面，我們又不得不增加每bit的傳輸功率和降低數(shù)據(jù)速率來增強覆蓋范圍，因此，根據(jù)不同的應(yīng)用場景權(quán)衡利弊，在這些矛盾中尋求最佳的平衡點，是LPWA技術(shù)的長期課題。

在4G時代已定義了NB-IoT和LTE-M兩大蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，NB-IoT和LTE-M將繼續(xù)從4GR13、R14一路演進到5GR15、R16、R17，它們屬于未來5GmMTC場景，是5G萬物互聯(lián)的重要組成部分。

20、衛(wèi)星通信

衛(wèi)星通信接入已被納入5G標準。與2/3/4G網(wǎng)絡(luò)相比，5G是“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”，衛(wèi)星通信將整合到5G構(gòu)架中，以實現(xiàn)由衛(wèi)星、地面無線和其他電信基礎(chǔ)設(shè)施組成天地一體的無縫互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，未來5G流量將根據(jù)帶寬、時延、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和應(yīng)用需求等在無縫互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)中動態(tài)流動。
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