5G总体白皮书2.0 中文版 v1

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1、摘摘 要要 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，以“5+2”技术理念，重新思考 5G 网络的设计原则： 1) 香农理论再思考（香农理论再思考（Rethink Shannon）：为无线通信系统开启绿色之旅 2) 蜂窝再思考（蜂窝再思考（Rethink Ring 一个连接性业务被定义成定制化的软件定义功能，这 些功能管辖地理覆盖区、持续时间、容量、速度，时延，鲁棒性、安全性。 网络切片的概念并不是一个新的概念

2、;例如 AVPN，就是一个网络切片的基本版本。但广泛的使用案 例和未来网络需要支持的更严格的要求表明表明，在 5G 的背景下网络切片将被在全新层面定义，更像是 按需网络。 切片网络的好处不只是提供一个广泛的连接服务对任何一个行业， 而且可以确保据此进行计费的使用 这些服务。 切片网络提供了更深入地了解网络资源的使用， 因为每个切片被定制去匹配业务所需的复杂度。 下面是几个应用实例。 一个公用事业公司，例如，需要连接它的智能电表。这种需要被转化成一个网络切片，这个网络切片 连接了多个给定时间下能够下载状态更新的有延迟和数据速率的 M2M 设备。该服务的安全级别为中等， 并且它是要求高可用性和高可

3、靠性的数据类的服务。具有较高级别的安全性，更长的持续时间或增加的可 靠性相关的额外的网络功能可以被配置以适合应用的需要。 同样的公用事业公司可能需要连接其故障的传感器。 网络片用于这种类型的服务需要能够从系统中 的所有的 M2M 设备接收二十四时钟状态指示器。这个用例需要单数据覆盖，具有高可用性和鲁棒性，中 的安全性和延迟。 再有， 根据使用情况， 一个网片提供此连接服务可以用不同的网络的功能配置成较高级别的安全性， 或接近零延迟 未来移动通信论坛 5G 白皮书 27 运营商希望提供所有在特定国家用户使用它的具有非常高吞吐量的视频流媒体业务。 高数据传输速度 和低延迟是这个网络切片的主要要求。

4、某些关键任务服务可能需要在紧急情况下快速访问网络的容量或覆 盖在紧急情况下。这样的用例可以通过协定来预先安排和根据需要由运营商提供。这个用例的重要方面是 业务协议。 网络切片的概念需要许多关键使能技术来提供。SDN，NFV 和云技术使网络从他们的底层物理基础 设施的分开，使他们可以通过编程，来提供业务连接。性质上变化很大的设备将需要以一个智能的方式使 用连接，以最小的信令，最大的睡眠周期和简化的数据发送，只发送所需的给定业务的信息。网络切片需 要提供端到端的安全性，以便确保从多个来源被捣碎的业务的可信任。网管系统需要适应货币化各种各样 使用连接的设备类型。网络将需要能够同时支持多个 RAT，而

5、且无线电环境需要支持业务的灵活性，同时 保持了成本和能源消耗的控制。 3.3.5. 网络能力开放网络能力开放 网络能力的开放应结合具体业务场景， 并综合考虑第三方应用平台在系统架构及业务逻辑方面的差异 性， 从而实现简单友好的开放。 此外， 网络能力开放必须具有足够的灵活性， 随着网络功能的进一步丰富， 网络能力可向第三方应用实现持续开放，而不必对第三方平台及网络系统自身进行复杂的改动。网络能力 开放主要包括：（1）网络及用户信息开放，（2）无线业务及网络资源开放，（3）网络计算资源开放。 具体来说，网络信息开放包括：单个蜂窝的负载信息、链路质量的实时及统计信息（CQI、SINR、 BLER）

6、、网络吞吐量的实时及统计信息、移动用户的定位信息等。无线业务及网络资源开放主要指：短 消息业务能力、业务质量调整（QCI）等。网络计算资源开放指的是无线网络可将自身的计算能力以基础 设施（IaaS：Infrastructure as a Service）的形式提供给第三方应用以便于其在无线网络内部，尤其是网络边 缘直接部署业务环境。 网络能力开放需要对第三方应用平台保持友好性从而使得开放变得简单直观。 鉴于目前移动应用大部 分基于 web 方式实现，可考虑将网络能力拆分为可通过 HTTP 操作的逻辑资源，并且嵌入特定的 HTTP 会 话内随业务数据一起交付。这样，第三方应用平台，尤其是目前主流

7、的移动应用提供商，可基于已有的生 产环境方便调用运营商开放的网络能力，而无需修改自身的系统架构及业务逻辑。具体的实现方式包括： （1）HTTP 头改写（HTTP Header Enrichment）， （2）HTTP 头识别， （3）URL 改写（URL Enrichment）， （4）URL 识别。 未来移动通信论坛 5G 白皮书 28 HTTP 头改写主要指，在 HTTP 请求/响应头内加入特定的 key-value 字段。HTTP 头识别指对 HTTP 请求/响应头内特定 key-value 字段进行识别。URL 改写指通过对 URL 的 Query 字段添加内容。URL 识别 指对 U

8、RL 内的特定内容进行识别。 HTTP 头改写及 URL 改写主要用于网络及用户信息的开放，无线网络可将特定内容插入 HTTP 头或 URL 内，从而实现对第三方应用的信息开放。HTTP 头识别及 URL 识别用来实现网络业务及网络资源分 配能力的开放，无线网络通过识别 HTTP 头或 URL 内的特定字段，确定是否需要向该业务开放特定的网 络能力。比如，为指定的 HTTP 数据流提供更多的网络资源保证其用户体验。 基于安全性考虑， 无线网络只能向经过认证的第三方应用开放网络能力。 因此第三方应用提供商必须 通过特定的控制接口为特定的业务申请可开放的网络能力， 且运营商的BOSS （Busin

9、ess & Operation Support System）系统需要记录相应的业务标识及具体开放方式。比如，电子商务网站可要求无线网络在其支付页 面交付给用户的同时，由基站向用户终端发送认证短信。在上述过程里，电子商务服务商需要首先向运营 商注册其支付页面的 URL，且注明该 URL 需要利用无线网络的短信功能。运营商在完成相应的认证操作 后，控制网络为该 URL 开通短信发送功能。 图 3.11 描述了网络能力开放系统的架构。API 引擎负责分析 HTTP 会话的上下文，具体来说，即解 析 HTTP 请求/响应头及 URL。 根据解析结果， API 引擎将继续查询业务数据库以确定具体的网络

10、能力开放 方式。接着，API 引擎通过无线控制器驱动无线网络对特定业务进行相应的能力开放。第三方应用提供商 则需要事先在业务数据库内对指定的业务进行认证注册，并注明其需要获得开放的网络能力。 API 引擎可部署于 PDN 网关或者本地网关。通过驱动无线控制器进行路由控制，API 引擎可将网络 内的 web 流量导入其内部。为了应对无线网络内激增的 web 流量，API 引擎可分布式部署于网络内的多个 位置以实现负载均衡。 未来移动通信论坛 5G 白皮书 29 API引擎引擎 业务数据库业务数据库 HTTP数据流数据流 查询查询 认证注册认证注册 驱动驱动 图图 3.11 网络能力开放系统架构网

11、络能力开放系统架构 为了实现上述网络能力开放架构，5G 网络需支持灵活的网络控制功能，尤其在 QoS 策略控制方面， 应打破传统网络只支持端到端的控制方式，实现基于特定网络节点（例如，基站）的 QoS 策略控制。具体 来说，无线控制器可作为 QoS 控制网元引入 5G 网络，以实现对各网元的 QoS 策略调整，而对具体的网元 而言，则需要定义新的控制接口，以确保其能够接受无线控制器的调控指令。 网络能力开放必须受到严格的控制， 特定的信息及资源只能向授权的指定业务或用户开放， 且能力开 放应不影响网络及其他业务的正常运行。因此，对于网络业务及资源开放而言，需要设定可控的门限以避 免恶意用户的侵

12、入。 3.3.6. 多连接与多空口多连接与多空口 多连接是指对给定用户配置至少两个不同的网络节点的无线资源的操作。 多连接的出发点主要为以下 几个方面： 速率增强 鲁棒性连接以降低连接错误、保证连续的 QoS 无缝移动性以保证“0”切换中断 异构网络下用户被连接至频率层以提供附加的容量但却不必提供广域覆盖和移动下的性能优化 未来移动通信论坛 5G 白皮书 30 提供多连接服务的小区可以工作在相同频率下也可以工作在不同频率下，使用相同的 RAT 或不同的 RAT。在相同频率下，用户被连接至工作在相同频率下的两个或多个小区并使用相同的 RAT。这些小区可 以采用集中式的布局或通过回传相互连接。这种

13、多连接可以通过多个广区域小区的多连接保证无缝移动性， 或通过多个高频段的热点小区的多连接提升链路可靠性。 对于不同频率下的多连接， 互连的小区工作于不同载波频率下并使用相同的 RAT。 在目前的系统中， 多频多连接被认为是一种提升系统吞吐率的有效方式。3GPP 已经明确了集中式小区下的载波聚合和非集 中式小区下的非理想回传下的双连接。考虑到 5G 更多样的频谱操作，这些技术仍将用于 5G 系统中。关 于载波聚合，由于 5G 小区工作在低频段和高频段，这将需要配置更多的参数，如：传输时间间隔、时间 提前量等。同时，可能还需要优化协议栈，以便于不同的配置和不同的无线资源管理。类似的，考虑到 5G

14、系统灵活的传输配置和多样的回传， 在新的 5G 架构下需要重新审视 LTE 双重连接中的数据负载拆分操作。 控制层的多连接传输也注定要在 5G 中进行设计。实际上，3G 系统中的软切换采用了切换信号的分 集传输，这可能在 5G 系统中进一步发展。LTE 双连接中，采用控制面单连接的方式，这可能增加 RRC 信 号的延迟并增加小区之间的回传信号的开销。考虑到 5G 系统的低时延要求，多连接的 RRC 信号传输可以 实现快速和高效 RRC 配置和优化。异构网络中的 C/U 分离将继续发挥着作用，并被应用于 5G 宏小区和 5G 小小区之间的多连接，或者用于 4G 宏小区和 5G 小小区之间的多连接

15、。 由于目前运营网络的具有不同的配置和演进方式， 未来 5G 网络架构将包含现有的 RAT， 如 4G、 3G、 WLAN，以及如图 3.12 所示的新型 RAT。在 3GPP 版本 12 中，已经明确了 LTE 与 WLAN 之间的交互运 行方式。此外，对于正在进行的 LTE 和 WLAN 聚合的研究，正试图通过探索加强底层合作，以改善整个 系统的性能。可以预见，为提升网络运营效率和用户体验质量，5G 中多种 RAT 的融合将十分必要。 图图 3.12 5G 架构下多架构下多 RAT 融合融合 多种 RAT 下的无线接入网通常需要定义多种协议结构并采用多种传输技术。这也导致了需要进行多 种信号的设计。在新的 5G 网络架构下，需要一些统一的信号以支持不同网络之间的信号传输。另一方面 未来移动通信论坛 5G 白皮书 31 是不同 RAT 的网络之间的垂直切换。其特点是需要适合不同种类的服务、不同种类的 QoS 要求、不同种 类的用户。此外需要考虑的是，为提升整体效率，不同无线接入网下的无线资源管理。5G 网络架构应具 有从多信息源收集信息的能力、具有为用户提供基于多种网络下多种决策特性提供最佳接入选择的能力， 并能够克服乒乓效应。 上文提到的多连接技术可以被用于不同的 RAT。 为了更高效的利用无线资源， 需要一种统一的架构， 以支持不同网络间（包括通用接口和回传