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中国电信 5G 技术白皮书 2018-06 目录 1 引言 . 1 2 5G 需求及挑战 . 2 2.1 5G 业务发展需求 . 2 2.2 5G 主要挑战 . 3 3 中国电信 5G 目标网络架构 . 6 3.1 “三朵云”网络总体架构 . 6 3.2 控制云 . 6 3.3 接入云 . 7 3.4 转发云 . 8 4 中国电信 5G 网络演进策略 . 9 4.1 5G 网络是 CTNet2025 网络重构的重要组成部分 . 9 4.2 总体演进原则及策略 . 10 5 5G 关键技术与组网方案 . 13 5.1 NR 新空口技术 . 13 5.2 大规模天线技术 . 14 5.3 无线频率 . 15 5.4 无线网 CU/DU 网络架构 . 15 5.5 5G 服务化架构及 能力开放 . 16 5.6 4G/5G 互操作 . 17 5.7 多网络融合 . 19 5.8 多接入边缘计算 . 19 5.9 网络切片 . 20 5.10 5G 承载网络 . 21 5.11 人工智能技术 . 25 6 总结与展望 . 26 缩略语 . 27 1 2018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 2 2 5G需求 及挑战 2.1 5G 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 。 3 2018中国电信版权所有 2.2 5G 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5 2018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 6 3 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.5 G 虚拟控制云5 G 虚拟接入云传统网元( 3 G / 4 G )5 G 控制物理资源5 G 虚拟转发云I n t e r n e t/ P D N网络控制器无线资源管理策略控制路径管理m a c r oH EW Wi F i5 G交换机5 G 交换机5 G交换机5 G 转发物理资源5 G 接入物理资源内容内容信息管理Wi Fip i c oM u l t i - hopD 2 D车联网M 2 M多连接控制数据Xn业务使能业务使能移动性管理基础设施管道控制增值服务数据信息能力开放传统网元适配M A N OS - R A N本地控制本地控制超密集组网M E C7 2018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。