5G网络部署影响因素分析

王明东

摘 要：5G相比4G对网络连接、带宽、速率的提升达到空前的高度，满足云计算、大数据、人工智能、虚拟增强现实等技术的飞速发展。5G的快速发展给运营商带来了发展机遇和挑战。5G频谱、网络架构与4G网络相比差异较大。传统的部署模式已经不能满足5G的需求。本为了把握5G发展的先机，从核心网侧到无线侧对5G网络架构、设备形态进行深入研究，总结适用于运营商现网情况的5G网络部署建议及部署前期需求准备。

关键词：5G；网络架构；网络部署

1 5G网络架构

5G组网功能元素可以分为4个层次。中心级：以控制、管理和调度职能为核心，例如虚拟化功能编排、广域数据中心互连和BOSS系统等，可按需部署于全国节点，实现网络总体的监控和维护。汇聚级：主要包括控制面网络功能，移动性管理、会话管理、用户数据和策略等。按需部署于省分一级网络。区域级：主要功能包括数据面网关功能，重点承载业务数据流，可部署于地（市）一级。移动边缘计算功能、业务链功能和部分控制面网络功能也可以下沉到这一级。接入级：包括无线接入网的CU和DU功能，CU可部署在回传网络的接入层或者汇聚层；DU部署在用户近端。CU和DU间通过增强的低时延传输网络实现多点协作化功能，支持分离或一体化站点的灵活组网。借助于模块化的功能设计和高效的NFV/SDN平台。在5G组网实现中，上述组网功能元素部署位置无需与实际地理位置严格绑定，可以根据每个运营商的网络规划、业务需求、流量优化、用户体验和传输成本等因素综合考虑，对不同层级的功能加以灵活整合，实现多数据中心和跨地理区域的功能部署。

2 5G核心网侧部署分析

5G网络系统架构设计原则：实现“融合化”“轻量化”“开放化”的全新网络架构。5G主要分为NSA与SA 2种组网模式。NSA组网架构为4G+5G协同，可以利旧原有EPC，而SA组网架构为新建5G机构，需新建5G核心网。NSA具有一步规划，分布实施，聚焦重点，投资可控的特点，使得NSA组网方成为首选。目前3GPP规定的NSA的组网方式有Option 3、Option 4、Option 7共3种。核心网侧首选Op―tion 3对原有EPC进行改造实现5G。

EPC升级有3种路径。路径1：加速虚拟化，3年实现全网EPC虚拟化。升级融合4G的HSS与5G的UDM实现用户签约信息的存储，4G的PCDF与5G的PCF实现QoS控制、额度管理、计费功能。新增SMF网元实现会话管理、UP选择和控制，新增UPF网元实现数据报文路由、转发、检测及QoS处理功能。路径2：融合网元去耦合，EPC升级支持私有接口，5G NGC维持现有各省厂商格局按需部署。升级融合4G的HSS与5G的UDM、4G的PCDF与5G的PCF。原EPC中PGW网元引入私有接口连接5G核心网的SMF与UPF网元。从而规避异厂家4G、5G互操作。路径3：对于ATCA MME升级支持DECOR，具备识别5G NR接入用户自动将用户转接到vEPC/NGC融合网元的能力，各省的NGC可仅与vEPC部分融合部署。

3 5G传送侧部署分析

5G传送侧架构与4G有明显区别，分为前传、中传、回传3部分。前传采用eCPRI接口，IQ信号经有效采样，分组化，距离1-2 km以内，时延要求高，传输时延小于100μs；中传的带宽与回传相当，时延要求不高，小于3 ms；回传距离在200 km之内，时延与业务要求相关联。5G传送侧前传：AAU—DU，以光层传输技术为主；中传DU—CU、回传CU—核心网，可以采用同样的传输技术：Pe-OTN技术、UTN技术、WDM技术。结合G省联通的实际情况，5G的传送侧选用100G Pe-OTN技术，省市联动，重构OTN/MSTP网络，适应高带宽、低时延的底层承载需求。

4 5G无线侧部署分析

基站形态随着基站架构的演变经历了机柜式宏基站、分布式基站、多模基站这几个阶段。5G众多低时延业务、高流量本地业务要求网关功能下移，网关数量会大大增加，而传统网关CU耦合，配置管理复杂，转发效率低，业务时延大。采用CUDU分离部署使得复杂控制逻辑与转发分离，复杂控制逻辑与控制面功能融合集中部署，分布式转发功能形成转发模型支持可编程控制。CU是中央单元，负责处理高层协议功能并集中管理多个DU；DU是分布式接入点，负责完成部分底层基带协议及射频处理功能。CU、DU是逻辑功能实体，在5G基站设备实现中存在CU、DU分布在2个不同的设备实体上，也可能集中在1个设备实体上，这与4G设备存在显著差异。同时5G设备将天面集成到AAU中，与独立部署天面的4G设备相比设备更加简化、部署更為灵活。

5G的设备参数导致5G部署在空间、动力、承重方面都面临挑战。空间方面主要是主设备放置的空间、备电蓄电池放置空间、天面架设物的空间。动力方面，CU/DU、AAU的典型功耗与现网4G设备的差异巨大，现网机房的供电都无法满足当前5G设备的需求；通过跟主设备厂家交流，预计AAU的功耗在后续的研发中能下降到1 000 W左右，CU/DU的典型功耗能下降到750 W左右，届时机房的供电压力将有所缓解。承重方面主要考虑主设备的承重、备电蓄电池的承重和天面的承重。通过对目前5G主设备形态的收集研究，结合G市现网的站址情况及其对5G设备的满足度进行了分析，发现现网站址对5G设备满足度低，5G部署建议提前抢占天面资源以及做相应的电源改造。

结束语

综上所述，5G无线技术将促进网络速度、容量、效率的提升，增加网络的灵活性、智能化及开放程度。在ITU的报告中，5G明确支持增强移动宽带（eMBB）、海量低功耗连接（mMTC）和低时延高可靠连接（uMTC）三大场景，三大场景中包含了多样化、差异化的应用。5G第1阶段全功能标准化工作已经完成，5G的商用已箭在弦上。

参考文献

[1]尤肖虎，潘志文，高西奇，等.5G移动通信发展趋势与若干关键技术[J].中国科学：信息科学，2014（5）：551-563.

[2]李可才.关于5G移动通信发展趋势与若干关键技术的探讨[J].电子技术与软件工程，2016（16）：39.