1.2.5 第五代移动通信

2015年10月26—30日，在瑞士日内瓦召开的2015年无线电通信全会上，国际电信联盟无线电通信部门（ITU-R）正式批准了3项有利于推进未来5G研究进程的决议，并正式确定了5G的正式名称为“IMT-2020”。第一个5G标准是3GPP的第15版（Release 15），已于2018年6月冻结，并于2019年开始了商用部署。2019年被认为是中国5G元年，这一年的6月6日，工业和信息化部正式向中国电信、中国移动、中国联通和中国广电发放了5G商用牌照，标志着5G时代的正式开启。

与2G、3G、4G 不同，5G 并不是一种单一的无线接入技术，而是多种新型无线接入技术和现有4G后向演进技术集成后的解决方案总称。从某种程度上讲，5G是一个真正意义上的融合网络。5G 网络融合了 SDN、NFV、超密集异构网络、自组织网络、内容分发网络、D2D通信、大规模MIMO、毫米波、多连接等技术，实现了峰值速率、用户体验数据速率、频谱效率、移动性管理、连接数密度、网络能效等指标的全面提升[4]。相对于4G 技术，中国IMT-2020（5G）推进组设置的5G关键技术指标要求如图1-5所示。

图1-5 中国IMT-2020（5G）推进组设置的5G关键技术指标要求

相对于4G,5G 考虑了更多的性能维度提升，包括：峰值数据速率由1 Gbit/s提升至20 Gbit/s；城区和城郊用户体验速率达到100 Mbit/s，某些热点地区的用户体验数据速率提升至1 Gbit/s；频谱效率提升3倍；支持的移动速率由350 km/h提升至500 km/h；支持极低时延要求服务，端到端时延从10 ms降低到1 ms；支持更多数量的设备连接，连接数密度由每平方千米105个设备提升至每平方千米106个设备；网络能效提升100倍；区域通信能力提升100倍，由0.1 Mbit/（s·m2）提升至10 Mbit/（s·m2）。基于上述8个方面能力的增强，5G 网络开始具备渗透垂直行业的能力，支持的应用场景涵盖增强型移动宽带（eMBB）、超高可靠和低时延通信（uRLLC）和海量机器类通信（mMTC）三大场景。具体场景特征和关键技术将在第2章进行详细介绍。

在无线侧，5G融合了多种现有无线通信技术，利用毫米波、大规模MIMO等技术提升吞吐量，并支持独立组网和非独立组网两种架构。在核心网侧，5G旨在通过单个5G核心网络满足各种应用的不同需求。因此，5G核心网络需要提供多种新功能，如敏捷资源分配、灵活的网络重构以及对各种平台的开放访问等。5G核心网络的典型演进包括移动边缘计算（MEC）、软件定义网络（SDN）、网络功能虚拟化（NFV）和网络切片等。5G系统的网络结构如图1-6所示。

图1-6 5G系统的网络结构

图1-6中UE为用户终端，（R）AN为（无线）接入网络，DN为运营商数据网络，其他部分为5G核心网功能实体，其描述见表1-1。

表1-1 5G核心网络功能实体描述

5G核心网借鉴了IT领域的“微服务”理念，采用了基于服务的架构（Service Based Architecture,SBA），通过模块化和软件化以实现面向不同场景需求的切片目的。

当前，5G移动网络的最终设计目标是满足终端用户多样化的QoS需求，这就要求网络实体能够实现对网络环境的认知和自主决策。网络层、控制层和管理编排层中的不同网络实体（如无线设备、基站和SDN控制器）需要做出本地自主决策，包括频谱接入、信道分配、功率控制等，以实现不同网络的不同目标，如吞吐量最大化、时延和能量最小化等。随着移动通信网络规模的不断扩大和复杂化，我们面临着一个更加分散和多样化的网络环境。网络状态的动态性和不确定性，以及异构无线用户之间的共存和耦合，使得网络控制问题变得非常具有挑战性。5G架构难以同时满足三大场景的需求，且资源的调度过程仍然缺乏足够的弹性，难以满足资源随需即用的要求。针对这些问题，提出了6G需求。