移动通信原理与技术第9章-5G移动通信展望课件.ppt

1、第第9章章5G移动通信展望移动通信展望5G概况概况9.15G网络体系架构网络体系架构9.25G关键技术关键技术9.35G应用场景及发展趋势应用场景及发展趋势9.4 随着随着4G4G进入规模商用阶段，第五代移动通信进入规模商用阶段，第五代移动通信(5G)(5G)已成为全球研发热点。已成为全球研发热点。5G5G又称为又称为“IMT-2020”IMT-2020”（International Mobile International Mobile Telecommunication for 2020 and BeyondTelecommunication for 2020 and Beyond，面向，

2、面向20202020年及未来的全球移动通信），预计将会在年及未来的全球移动通信），预计将会在20202020年年正式得到商用。正式得到商用。与与4G4G、3G3G、2G2G不同，不同，5G5G不再是一个单一的无线接不再是一个单一的无线接入技术，也不是几个全新的无线接入技术，而是多种入技术，也不是几个全新的无线接入技术，而是多种新型无线接入技术和现有无线接入技术集成后的解决新型无线接入技术和现有无线接入技术集成后的解决方案总称。方案总称。9.19.1 5G5G概况概况 15G的研发背景的研发背景 移动互联网（移动互联网（Mobile InternetMobile Internet）物联网（物联网

3、（IoTIoT：Internet of ThingsInternet of Things）作为未来移动通信发展的两大主要驱动力，为第作为未来移动通信发展的两大主要驱动力，为第五代移动通信提供了广阔的应用前景。五代移动通信提供了广阔的应用前景。图9.1 5G官方logo 面向面向20202020年及未来，数据流量的千倍增长，千亿年及未来，数据流量的千倍增长，千亿设备连接和多样化的业务需求都将对设备连接和多样化的业务需求都将对5G5G系统设计提出系统设计提出严峻挑战。与严峻挑战。与4G4G相比，相比，5G5G将支持更加多样化的场景，将支持更加多样化的场景，融合多种无线接入方式，并充分利用低频和高频

4、等频融合多种无线接入方式，并充分利用低频和高频等频谱资源。谱资源。同时，同时，5G5G还将满足网络灵活部署和高效运营维护还将满足网络灵活部署和高效运营维护的需求，大幅提升频谱效率、能源效率和成本效率，的需求，大幅提升频谱效率、能源效率和成本效率，全面提升服务创新能力，拓展移动通信产业空间，实全面提升服务创新能力，拓展移动通信产业空间，实现移动通信网络的可持续发展。现移动通信网络的可持续发展。25G的发展现状的发展现状 5G5G移动通信发展是全球移动通信领域新一轮技术移动通信发展是全球移动通信领域新一轮技术竞争的开始。及早布局、构造开放式研发环境，力争竞争的开始。及早布局、构造开放式研发环境，力

5、争在未来在未来5G5G技术与商业竞争中获得领先优势，已成为各技术与商业竞争中获得领先优势，已成为各国信息技术与产业未来发展最为重要的任务之一。国信息技术与产业未来发展最为重要的任务之一。世界各国和各主流世界各国和各主流/权威标准化组织都制定了相应权威标准化组织都制定了相应的研发推进计划，就的研发推进计划，就5G5G的发展愿景、应用需求、候选的发展愿景、应用需求、候选频段、关键技术指标及使能技术频段、关键技术指标及使能技术进行广泛地研讨，并进行广泛地研讨，并初见成果。初见成果。当前，制定全球统一的当前，制定全球统一的5G5G标准已成为业界共同的标准已成为业界共同的呼声，国际电信联盟（呼声，国际电

6、信联盟（ITUITU）已启动了面向）已启动了面向5G5G标准的标准的研究工作，并明确了研究工作，并明确了IMT-2020IMT-2020工作计划：工作计划：20152015年中将年中将完成完成IMT-2020IMT-2020国际标准前期研究，国际标准前期研究，20162016年将开展年将开展5G5G技技术性能需求和评估方法研究，术性能需求和评估方法研究，20172017年底启动年底启动5G5G候选方候选方案征集，案征集，20202020年底完成标准制定。年底完成标准制定。图9.2 5G时间工作计划35G的特点的特点 5G5G技术发展呈现出新的特点，在推进技术变革的技术发展呈现出新的特点，在推进

7、技术变革的同时，同时，5G5G研究将更加注重用户体验，网络平均吞吐速研究将更加注重用户体验，网络平均吞吐速率、传输时延以及对虚拟现实、率、传输时延以及对虚拟现实、3D3D、交互式游戏等新、交互式游戏等新兴移动业务的支撑能力等将成为衡量兴移动业务的支撑能力等将成为衡量5G5G系统性能的关系统性能的关键指标。键指标。包括包括5G5G在内的未来无线移动网络业务能力的提升在内的未来无线移动网络业务能力的提升将在将在3 3个维度上同时进行：个维度上同时进行：通过引入新的无线传输技术将资源利用率在通过引入新的无线传输技术将资源利用率在4G4G的基的基础上提高础上提高1010倍以上；倍以上；通过引入新的体系

8、结构（如超密集小区结构等）和通过引入新的体系结构（如超密集小区结构等）和更加深度的智能化能力将整个系统的吞吐率提高更加深度的智能化能力将整个系统的吞吐率提高2525倍倍左右；左右；进一步挖掘新的频率资源（如高频段、毫米波与可进一步挖掘新的频率资源（如高频段、毫米波与可见光等），使未来无线移动通信的频率资源扩展见光等），使未来无线移动通信的频率资源扩展4 4倍左倍左右。右。综合来看，综合来看，5G5G技术特点：技术特点：速度快速度快：5G5G峰值网络的速率是峰值网络的速率是10Gbps10Gbps。低延时低延时：5G5G网络端到端时延要求是网络端到端时延要求是1ms1ms。高连接高连接：5G5G

9、网络可以承载网络可以承载10001000亿个网络连接，包括亿个网络连接，包括人与人、物与物、人与物的相连。人与人、物与物、人与物的相连。低能耗低能耗：5G5G能让整个移动网络的每比特能耗降低能让整个移动网络的每比特能耗降低10001000倍。倍。9.29.2 5G5G网络体系架构网络体系架构15G网络设计原则网络设计原则 2新型设施基础平台新型设施基础平台35G网络逻辑构架网络逻辑构架 未来的未来的5G5G网络将是基于网络将是基于SDNSDN、NFVNFV和云计算技术和云计算技术的更加灵活、智能、高效和开放的网络系统。新型的更加灵活、智能、高效和开放的网络系统。新型5G5G网络架构包括接入云、

10、控制云和转发云三个域。网络架构包括接入云、控制云和转发云三个域。控制云主要负责全局控制策略的生成，接入云控制云主要负责全局控制策略的生成，接入云和转发云主要负责策略执行。和转发云主要负责策略执行。接入云接入云：支持多种无线制式的接入，实现更灵活支持多种无线制式的接入，实现更灵活的组网部署和更高效的无线资源管理。的组网部署和更高效的无线资源管理。控制云控制云：实现局部和全局的会话控制、移动性管：实现局部和全局的会话控制、移动性管理和服务质量保证，并构建面向业务的网络能力开理和服务质量保证，并构建面向业务的网络能力开放接口，从而满足业务的差异化需求并提升业务的放接口，从而满足业务的差异化需求并提升

11、业务的部署效率。部署效率。转发云转发云：基于通用的硬件平台，在控制云高效的：基于通用的硬件平台，在控制云高效的网络控制和资源调度下，实现海量业务数据流的高网络控制和资源调度下，实现海量业务数据流的高可靠、低时延、均负载的高效传输。可靠、低时延、均负载的高效传输。9.39.3 5G5G关键技术关键技术 传统的移动通信升级换代都是以多址接入技术为传统的移动通信升级换代都是以多址接入技术为主线，主线，5G技术创新主要来源于技术创新主要来源于超高效能的无线传输超高效能的无线传输技术技术和和高密度无线网络技术高密度无线网络技术两方面。两方面。图9.4 5G关键技术9.3.1 9.3.1 无线传输技术无线

12、传输技术1大规模大规模MIMO技术技术 多天线技术作为提高系统频谱效率和传输可靠性多天线技术作为提高系统频谱效率和传输可靠性的有效手段，已经应用于多种无线通信系统，面对的有效手段，已经应用于多种无线通信系统，面对5G5G在传输速率和系统容量等方面的性能挑战，天线数目在传输速率和系统容量等方面的性能挑战，天线数目的进一步增加仍将是的进一步增加仍将是MIMOMIMO技术继续演进的重要方向。技术继续演进的重要方向。采用大数量的天线，为大幅度提高系统的容量提供了采用大数量的天线，为大幅度提高系统的容量提供了一个有效的途径。一个有效的途径。大规模大规模MIMOMIMO带来的好处主要体现在以下几个方面：带

13、来的好处主要体现在以下几个方面：大规模大规模MIMOMIMO的空间分辨率与现有的空间分辨率与现有MIMOMIMO相比显相比显著增强，能深度挖掘空间维度资源，使得网络中的多著增强，能深度挖掘空间维度资源，使得网络中的多个用户可以在同一时频资源上利用大规模个用户可以在同一时频资源上利用大规模MIMOMIMO提供的提供的空间自由度与基站同时进行通信，从而在不需要增加空间自由度与基站同时进行通信，从而在不需要增加基站密度和带宽的条件下大幅度提高频谱效率；基站密度和带宽的条件下大幅度提高频谱效率；大规模大规模MIMOMIMO可将波束集中在很窄的范围内，可将波束集中在很窄的范围内，从而大幅度降低干扰；从而

14、大幅度降低干扰；可大幅降低发射功率，从而提高功率效率；可大幅降低发射功率，从而提高功率效率；当天线数量足够大时，最简单的线性预编码当天线数量足够大时，最简单的线性预编码和线性检测器趋于最优，并且噪声和不相关干扰都可和线性检测器趋于最优，并且噪声和不相关干扰都可忽略不计。忽略不计。大规模天线阵列应用于大规模天线阵列应用于5G5G，需解决信道测量与，需解决信道测量与反馈、参考信号设计、天线阵列设计、低成本实现反馈、参考信号设计、天线阵列设计、低成本实现等关键问题。为了充分挖掘大规模等关键问题。为了充分挖掘大规模MIMOMIMO的潜在技术的潜在技术优势，需要深入研究符合实际应用场景的信道模型，优势，

15、需要深入研究符合实际应用场景的信道模型，分析其对信道容量的影响，并在实际信道模型、适分析其对信道容量的影响，并在实际信道模型、适度的导频开销、可接受的实现复杂度下，分析其可度的导频开销、可接受的实现复杂度下，分析其可达的频谱效率、功率效率，并研究最优的无线传输达的频谱效率、功率效率，并研究最优的无线传输方法、信道信息获取方法、多用户共享空间无线资方法、信道信息获取方法、多用户共享空间无线资源的联合资源调配方法。可以预计，大规模源的联合资源调配方法。可以预计，大规模MIMOMIMO技技术将成为术将成为5G5G区别于现有系统的核心技术之一。区别于现有系统的核心技术之一。作为多载波技术的典型代表，作

16、为多载波技术的典型代表，OFDMOFDM技术在技术在4G4G中中得到了广泛应用。在未来的得到了广泛应用。在未来的5G5G中，中，OFDMOFDM仍然是基本仍然是基本波形的重要选择。但是，面对波形的重要选择。但是，面对5G5G更加多样化的业务更加多样化的业务类型、更高的频谱效率和更多的连接数等需求，类型、更高的频谱效率和更多的连接数等需求，OFDMOFDM将面临挑战，新型多载波技术可以作为有效的将面临挑战，新型多载波技术可以作为有效的补充，更好地满足补充，更好地满足5G5G的总体需求。的总体需求。2新型多载波技术新型多载波技术 OFDM OFDM可以有效地对抗信道的多径衰落，支持灵可以有效地对抗

17、信道的多径衰落，支持灵活的频率选择性调度，这些特性使它能够高效支持活的频率选择性调度，这些特性使它能够高效支持移动宽带业务。但是，移动宽带业务。但是，OFDMOFDM也存在一些缺点，例如：也存在一些缺点，例如：较高的带外泄露、对时频同步偏差比较敏感以及要较高的带外泄露、对时频同步偏差比较敏感以及要求全频带统一的波形参数等。求全频带统一的波形参数等。为了更好地支撑为了更好地支撑5G5G的各种应用场景，新型多载的各种应用场景，新型多载波技术的研究需要关注多种需求：波技术的研究需要关注多种需求：新型多载波需要能更好的支持新业务。新型多载波需要能更好的支持新业务。由于新技术和新业务的不断涌现，新的多载

18、波技由于新技术和新业务的不断涌现，新的多载波技术需要具有良好的可扩展性，以便通过增加参数配术需要具有良好的可扩展性，以便通过增加参数配置或简单修改就可以支撑未来可能出现的新业务。置或简单修改就可以支撑未来可能出现的新业务。新型多载波技术还需要和其他技术实现良好兼容。新型多载波技术还需要和其他技术实现良好兼容。围绕着这些需求，业界已提出了多种新型多载波围绕着这些需求，业界已提出了多种新型多载波技术：技术：F-OFDMF-OFDM（Filtered OFDMFiltered OFDM，基于子带滤波的，基于子带滤波的OFDMOFDM）UFMCUFMC（Universal Filtered Multi

19、carrierUniversal Filtered Multicarrier，通用，通用滤波多载波）滤波多载波）FBMCFBMC（Filter Bank MulticarrierFilter Bank Multicarrier，滤波器组多载，滤波器组多载波）波）这些技术的共同特征是都使用了滤波机制，通过这些技术的共同特征是都使用了滤波机制，通过滤波减小子带或子载波的频谱泄露，从而放松对时频滤波减小子带或子载波的频谱泄露，从而放松对时频同步的要求，避免了同步的要求，避免了OFDMOFDM的主要缺点。的主要缺点。FBMC FBMC是基于子载波的滤波，在基于滤波器组的是基于子载波的滤波，在基于滤波器

20、组的多载波技术中，发送端通过合成滤波器组来实现多多载波技术中，发送端通过合成滤波器组来实现多载波调制，接收端通过分析滤波器组来实现多载波载波调制，接收端通过分析滤波器组来实现多载波解调。合成滤波器组和分析滤波器组由一组并行的解调。合成滤波器组和分析滤波器组由一组并行的成员滤波器构成，其中各个成员滤波器都是由原型成员滤波器构成，其中各个成员滤波器都是由原型滤波器经载波调制而得到的调制滤波器。滤波器经载波调制而得到的调制滤波器。3全双工技术全双工技术 全双工通信技术指同时、同频全双工通信技术指同时、同频地地进行双向通信的进行双向通信的技术。由于在无线通信系统中，网络侧和终端侧存技术。由于在无线通信

21、系统中，网络侧和终端侧存在固有的发射信号对接收信号的自干扰，现有的无在固有的发射信号对接收信号的自干扰，现有的无线通信系统中，由于技术条件的限制，不能实现同线通信系统中，由于技术条件的限制，不能实现同时同频的双向通信，双向链路都是通过时间或频率时同频的双向通信，双向链路都是通过时间或频率进行区分的，对应于进行区分的，对应于TDDTDD和和FDDFDD方式。由于不能进行方式。由于不能进行同时、同频双向通信，理论上浪费了一半的无线资同时、同频双向通信，理论上浪费了一半的无线资源（频率和时间）。源（频率和时间）。由于全双工技术理论上可提高频谱利用率一倍的由于全双工技术理论上可提高频谱利用率一倍的巨大

22、潜力，可实现更加灵活的频谱使用，同时由于器巨大潜力，可实现更加灵活的频谱使用，同时由于器件技术和信号处理技术的发展，同频同时的全双工技件技术和信号处理技术的发展，同频同时的全双工技术逐渐成为研究热点，是术逐渐成为研究热点，是5G5G系统充分挖掘无线频谱资系统充分挖掘无线频谱资源的一个重要方向。但全双工技术同时也面临一些具源的一个重要方向。但全双工技术同时也面临一些具有挑战性的难题。有挑战性的难题。由于接收和发送信号之间的功率差异非常大，导由于接收和发送信号之间的功率差异非常大，导致严重的自干扰，因此实现全双工技术应用的首要问致严重的自干扰，因此实现全双工技术应用的首要问题是自干扰的抵消。近年来

23、，研究人员发展了各类干题是自干扰的抵消。近年来，研究人员发展了各类干扰抵消技术，包括模拟端干扰抵消、对已知的干扰信扰抵消技术，包括模拟端干扰抵消、对已知的干扰信号的数字端干扰抵消及它们的混合方式、利用附加的号的数字端干扰抵消及它们的混合方式、利用附加的放置在特定位置的天线进行干扰抵消的技术等。通过放置在特定位置的天线进行干扰抵消的技术等。通过这些技术的联合应用，在特定的场景下，能消除大部这些技术的联合应用，在特定的场景下，能消除大部分的自干扰。但这些实验系统都基本是单基站、小终分的自干扰。但这些实验系统都基本是单基站、小终端数量的，没有对大量基站和大量终端的情况进行实端数量的，没有对大量基站和

24、大量终端的情况进行实验验证。验验证。4新型多址技术新型多址技术 5G5G不仅需要大幅度提升系统频谱效率，而且还不仅需要大幅度提升系统频谱效率，而且还要具备支持海量设备连接的能力，此外，在简化系要具备支持海量设备连接的能力，此外，在简化系统设计及信令流程方面也提出了很高的要求，这些统设计及信令流程方面也提出了很高的要求，这些都将对现有的正交多址技术形成严峻挑战。都将对现有的正交多址技术形成严峻挑战。新型多址技术通过发送信号在空新型多址技术通过发送信号在空/时时/频频/码域码域的叠加传输来实现多种场景下系统频谱效率和接入的叠加传输来实现多种场景下系统频谱效率和接入能力的显著提升，在接收侧利用先进的

25、接收算法分能力的显著提升，在接收侧利用先进的接收算法分离多用户信息，不仅可以有效提升系统频谱效率，离多用户信息，不仅可以有效提升系统频谱效率，还可成倍增加系统的接入容量。此外，新型多址技还可成倍增加系统的接入容量。此外，新型多址技术通过免调度传输，可有效简化信令流程，并降低术通过免调度传输，可有效简化信令流程，并降低空口传输时延，节省终端功耗。空口传输时延，节省终端功耗。目前业界提出的技术方案主要包括：目前业界提出的技术方案主要包括：基于多维调制和稀疏码扩频的稀疏码分多址基于多维调制和稀疏码扩频的稀疏码分多址（SCMASCMA）技术；）技术；基于复数多元码及增强叠加编码的多用户共享接基于复数多

26、元码及增强叠加编码的多用户共享接入（入（MUSAMUSA）技术；）技术；基于非正交特征图样的图样分割多址（基于非正交特征图样的图样分割多址（PDMAPDMA）技）技术；术；基于功率叠加的非正交多址（基于功率叠加的非正交多址（NOMANOMA）技术。）技术。5全频谱接入技术全频谱接入技术 全频谱接入通过有效利用各类移动通信频谱全频谱接入通过有效利用各类移动通信频谱（包含高低频段、授权与非授权频谱、对称与非对（包含高低频段、授权与非授权频谱、对称与非对称频谱、连续与非连续频谱等）资源来提升数据传称频谱、连续与非连续频谱等）资源来提升数据传输速率和系统容量。全频谱接入涉及输速率和系统容量。全频谱接入

27、涉及6GHz6GHz以下低频以下低频段和段和6GHz6GHz以上高频段，其中低频段是以上高频段，其中低频段是5G5G的核心频段，的核心频段，高频段作为辅助频段，具有更加丰富的空闲频谱资高频段作为辅助频段，具有更加丰富的空闲频谱资源，利用其超大带宽来满足热点高容量场景极高传源，利用其超大带宽来满足热点高容量场景极高传输速率要求，通过密集部署来达到极高流量密度。输速率要求，通过密集部署来达到极高流量密度。全频谱接入采用低频和高频混合组网，充分挖全频谱接入采用低频和高频混合组网，充分挖掘低频和高频的优势，共同满足无缝覆盖、高速率、掘低频和高频的优势，共同满足无缝覆盖、高速率、大容量等大容量等5G5G

28、需求。考虑高频段传播特性与需求。考虑高频段传播特性与6GHz6GHz以下以下频段有明显不同，全频谱接入重点研究高频段在移频段有明显不同，全频谱接入重点研究高频段在移动通信中应用的关键技术，目前业界统一的认识是动通信中应用的关键技术，目前业界统一的认识是研究研究6-100GHz6-100GHz频段。频段。6GHz6-100GHz5G高频新空口5G低频新空口4G空口4G演进空口 .2016 2017 2018 2019 2020 图9.5 5G新空口 高频信号在移动条件下，易受到障碍物、反射高频信号在移动条件下，易受到障碍物、反射物、散射体以及大气吸收等环境因素的影响，高频物、散射体以及大气吸收等

29、环境因素的影响，高频信道与传统蜂窝频段信道有着明显差异，如传播损信道与传统蜂窝频段信道有着明显差异，如传播损耗大、信道变化快、绕射能力差等，因此需要对高耗大、信道变化快、绕射能力差等，因此需要对高频信道测量与建模、高频新空口、组网技术以及器频信道测量与建模、高频新空口、组网技术以及器件等内容开展深入研究。件等内容开展深入研究。9.3.2 9.3.2 无线网络技术无线网络技术1超密集异构网络技术超密集异构网络技术 减小小区半径，提高频谱资源的空间复用率，以减小小区半径，提高频谱资源的空间复用率，以提高单位面积的传输能力，是保证未来支持提高单位面积的传输能力，是保证未来支持10001000倍业倍业

30、务量增长的核心技术。务量增长的核心技术。根据预测，未来无线网络中，在宏站的覆盖区域，根据预测，未来无线网络中，在宏站的覆盖区域，各种无线传输技术的各类低功率节点的部署密度将达各种无线传输技术的各类低功率节点的部署密度将达到现有站点部署密度的到现有站点部署密度的1010倍以上，站点之间的距离达倍以上，站点之间的距离达到到1010米甚至更小，甚至将来激活用户数和站点数的比米甚至更小，甚至将来激活用户数和站点数的比例达到例达到1:11:1，从而形成超密集异构网络。，从而形成超密集异构网络。超密集组网通过更加超密集组网通过更加“密集化密集化”的无线网络基的无线网络基础设施部署，可获得更高的频率复用效率

31、，从而在础设施部署，可获得更高的频率复用效率，从而在局部热点区域实现百倍量级的系统容量提升，以及局部热点区域实现百倍量级的系统容量提升，以及业务在各种接入技术和各覆盖层次间分担的灵活性。业务在各种接入技术和各覆盖层次间分担的灵活性。但由于节点之间距离的减少，将导致一些与现但由于节点之间距离的减少，将导致一些与现有系统不同的问题。有系统不同的问题。2自组织网络技术自组织网络技术 SONSON（Self-Organizing NetworkSelf-Organizing Network，自组织网络），自组织网络）的思路是在网络中引入自组织能力（网络智能化），的思路是在网络中引入自组织能力（网络智能

32、化），包括自配置、自优化、自愈合等，实现网络规划、包括自配置、自优化、自愈合等，实现网络规划、部署、维护、优化和排障等各个环节的自动进行，部署、维护、优化和排障等各个环节的自动进行，最大限度地减少人工干预。最大限度地减少人工干预。目前，针对目前，针对LTELTE、LTE-ALTE-A以及以及UMTSUMTS、WiFiWiFi的的SONSON技技术发展已经比较完善，但现有的术发展已经比较完善，但现有的SONSON技术都是面向各技术都是面向各自网络，不能支持多网络之间的协同。自网络，不能支持多网络之间的协同。5G5G将是融合、协同的多制式共存的异构网络，将是融合、协同的多制式共存的异构网络，各种无

33、线接入技术内部和各种覆盖能力的网络节点各种无线接入技术内部和各种覆盖能力的网络节点之间的关系错综复杂，在网络拓扑、干扰场景、负之间的关系错综复杂，在网络拓扑、干扰场景、负载分布、部署方式、移动性方面都将表现出与现有载分布、部署方式、移动性方面都将表现出与现有无线网络明显不同之处，网络节点的自动配置和维无线网络明显不同之处，网络节点的自动配置和维护将成为运营商面临的重要挑战。护将成为运营商面临的重要挑战。未来未来5G5G网络应该能支持更智能的、统一的网络应该能支持更智能的、统一的SONSON功功能，能统一实现多种无线接入技术、多覆盖层次的能，能统一实现多种无线接入技术、多覆盖层次的联合自配置、自

34、优化、自愈合。联合自配置、自优化、自愈合。3软件定义无线网络软件定义无线网络 软件定义网络（软件定义网络（soft dened networkingsoft dened networking，SDNSDN）技术是源于）技术是源于InternetInternet的一种新技术。在传统的一种新技术。在传统的的InternetInternet网络架构中，控制和转发是集成在一网络架构中，控制和转发是集成在一起的，网络互联节点（如路由器、交换机）起的，网络互联节点（如路由器、交换机）是封是封闭的，其转发控制必须在本地完成，使得它们的闭的，其转发控制必须在本地完成，使得它们的控制功能非常复杂，网络技术创新复

35、杂度高。控制功能非常复杂，网络技术创新复杂度高。为了解决这个问题，美国斯坦福大学研究人为了解决这个问题，美国斯坦福大学研究人员提出了软件定义网络的概念，其基本思路将路员提出了软件定义网络的概念，其基本思路将路由器中的路由决策等控制功能从设备中分离出来，由器中的路由决策等控制功能从设备中分离出来，统一由中心控制器通过软件来进行控制，实现控统一由中心控制器通过软件来进行控制，实现控制和转发的分离，从而使得控制更为灵活，设备制和转发的分离，从而使得控制更为灵活，设备更为简单。更为简单。在软件定义网络中，分成在软件定义网络中，分成应用层应用层、控制层控制层、基础设施层基础设施层。现有的无线网络架构中，

36、基站、服务网关、分组现有的无线网络架构中，基站、服务网关、分组网关除完成数据平面的功能外，还需要参与一些控网关除完成数据平面的功能外，还需要参与一些控制平面的功能，形成分布式的控制功能，网络没有制平面的功能，形成分布式的控制功能，网络没有中心式的控制器，使得与无线接入相关的优化难以中心式的控制器，使得与无线接入相关的优化难以完成，并且各厂商的网络设备如基站等往往配备制完成，并且各厂商的网络设备如基站等往往配备制造商自己定义的配置接口，需要通过复杂的控制协造商自己定义的配置接口，需要通过复杂的控制协议来完成其配置功能，并且其配置参数往往非常多，议来完成其配置功能，并且其配置参数往往非常多，配置和

37、优化非常复杂，网络管理非常复杂。将配置和优化非常复杂，网络管理非常复杂。将SDNSDN的的概念引入无线网络，形成软件定义无线网络，是无概念引入无线网络，形成软件定义无线网络，是无线网络发展的重要方向。线网络发展的重要方向。在软件定义无线网络中，将控制平面从网络设在软件定义无线网络中，将控制平面从网络设备的硬件中分离出来，形成集中控制，网络设备只备的硬件中分离出来，形成集中控制，网络设备只根据中心控制器的命令完成数据的转发。根据中心控制器的命令完成数据的转发。在现有的无线网络中，不允许不同的运营商共在现有的无线网络中，不允许不同的运营商共享同一个基础设施为用户提供服务。而在享同一个基础设施为用户

38、提供服务。而在SDNSDN中，通中，通过对基站资源进行分片实现基站的虚拟化、网络的过对基站资源进行分片实现基站的虚拟化、网络的虚拟化，不同的运营商可以通过中心控制器实现对虚拟化，不同的运营商可以通过中心控制器实现对同一个网络设备的控制，从而降低运营商的成本，同一个网络设备的控制，从而降低运营商的成本，同时也可以提高网络的经济效益。同时也可以提高网络的经济效益。由于采用了中心控制器，未来无线网络中的不由于采用了中心控制器，未来无线网络中的不同接入技术构成的异构网络的无线资源管理、网络同接入技术构成的异构网络的无线资源管理、网络协同优化等也将变得更为方便。协同优化等也将变得更为方便。SDNSDN虽

39、然存在诸多的好处，在无线网络中的应用虽然存在诸多的好处，在无线网络中的应用将面临资源分片和信道隔离、监控与状态报告、切将面临资源分片和信道隔离、监控与状态报告、切换等技术挑战。换等技术挑战。4内容分发网络内容分发网络 内容分发网络（内容分发网络（CDNCDN，content distribution content distribution networknetwork）是为了解决互联网访问质量而提出的概念。）是为了解决互联网访问质量而提出的概念。CDNCDN通过在网络中采用缓存服务器，并将这些缓存服通过在网络中采用缓存服务器，并将这些缓存服务器分布到用户访问相对集中的地区或网络中，根务器分布

40、到用户访问相对集中的地区或网络中，根据网络流量和各节点的连接、负载状况以及到用户据网络流量和各节点的连接、负载状况以及到用户的距离和响应时间等综合信息将用户的请求重新导的距离和响应时间等综合信息将用户的请求重新导向离用户最近的服务节点上，使用户可就近取得所向离用户最近的服务节点上，使用户可就近取得所需内容，解决需内容，解决InternetInternet网络拥挤的状况，提高用户网络拥挤的状况，提高用户访问网站的响应速度。访问网站的响应速度。在无线网络中，由于智能终端等应用的日益普在无线网络中，由于智能终端等应用的日益普及，使移动数据业务的需求越来越大，内容越来越及，使移动数据业务的需求越来越大

41、，内容越来越多。为了加快网络访问速度，在无线网络中采用多。为了加快网络访问速度，在无线网络中采用CDNCDN技术成为自然的选择，在各类无线网络中得以应用，技术成为自然的选择，在各类无线网络中得以应用，也将成为也将成为5G5G系统的一个重要的技术。系统的一个重要的技术。9.9.4 4 5G5G应用场景及发展趋势应用场景及发展趋势9.4.1 5G9.4.1 5G应用场景应用场景 5G5G将解决多样化应用场景下差异化性能指标带来将解决多样化应用场景下差异化性能指标带来的挑战，不同应用场景面临的性能挑战有所不同，用的挑战，不同应用场景面临的性能挑战有所不同，用户体验速率、流量密度、时延、能效和连接数都

42、可能户体验速率、流量密度、时延、能效和连接数都可能成为不同场景的挑战性指标。从移动互联网和物联网成为不同场景的挑战性指标。从移动互联网和物联网主要应用场景、业务需求及挑战出发，可归纳出四个主要应用场景、业务需求及挑战出发，可归纳出四个5G5G主要技术场景。主要技术场景。连续广域覆盖连续广域覆盖 移动通信最基本的覆盖方式，以保证用户的移动移动通信最基本的覆盖方式，以保证用户的移动性和业务连续性为目标，为用户提供无缝的高速业务性和业务连续性为目标，为用户提供无缝的高速业务体验。体验。热点高容量场景热点高容量场景 主要面向局部热点区域，为用户提供极高的数据主要面向局部热点区域，为用户提供极高的数据传

43、输速率，满足网络极高的流量密度需求。传输速率，满足网络极高的流量密度需求。低功耗大连接低功耗大连接 主要面向智慧城市、环境监测、智能农业、森林主要面向智慧城市、环境监测、智能农业、森林防火等以传感和数据采集为目标的应用场景，具有小防火等以传感和数据采集为目标的应用场景，具有小数据包、低功耗、海量连接等特点。数据包、低功耗、海量连接等特点。低时延高可靠场景低时延高可靠场景 主要面向车联网、工业控制等垂直行业的特殊应主要面向车联网、工业控制等垂直行业的特殊应用需求，这类应用对时延和可靠性具有极高的指标要用需求，这类应用对时延和可靠性具有极高的指标要求，需要为用户提供毫秒级的端到端时延和接近求，需要

44、为用户提供毫秒级的端到端时延和接近100%100%的业务可靠性保证。的业务可靠性保证。场景场景 关键挑战关键挑战 连续广域覆盖连续广域覆盖 100Mbps用户体验速率用户体验速率 热点高容量热点高容量 用户体验速率：用户体验速率：1Gbps峰值速率：数十峰值速率：数十Gbps 流量密度：数十流量密度：数十Tbps/km2 低功耗大连接低功耗大连接 连接数密度：连接数密度：106/km2超低功耗，超低成本超低功耗，超低成本 低时延高可靠低时延高可靠 空口时延：空口时延：1ms端到端时延：端到端时延：ms量级量级 可靠性：接近可靠性：接近100%表9.1 5G主要场景及关键性能挑战9.4.2 5G

45、9.4.2 5G场景和关键技术的关系场景和关键技术的关系 连续广域覆盖、热点高容量、低时延高可靠和低连续广域覆盖、热点高容量、低时延高可靠和低功耗大连接等四个功耗大连接等四个5G5G典型技术场景具有不同的挑战性典型技术场景具有不同的挑战性指标需求，在考虑不同技术共存可能性的前提下，需指标需求，在考虑不同技术共存可能性的前提下，需要合理选择关键技术的组合来满足这些需求。要合理选择关键技术的组合来满足这些需求。图9.10 5G主要场景和适用技术9.4.3 5G9.4.3 5G发展趋势发展趋势 未来未来5G5G网络将向性能更优质、功能更灵活、运营网络将向性能更优质、功能更灵活、运营更智能和生态更友好

46、的方向发展。更智能和生态更友好的方向发展。未来，未来，5G5G将渗透到社会的各个领域，以用户为中将渗透到社会的各个领域，以用户为中心构建全方位的信息生态系统。心构建全方位的信息生态系统。5G5G将使信息突破时空将使信息突破时空限制，提供极佳的交互体验；限制，提供极佳的交互体验；5G5G将拉近万物的距离，将拉近万物的距离，便捷地实现人与万物的智能互联；便捷地实现人与万物的智能互联；5G5G将为用户提供光将为用户提供光纤般的接入速率，纤般的接入速率，“零零”时延的使用体验，千亿设备时延的使用体验，千亿设备的连接能力，超高流量密度、超高连接数密度和超高的连接能力，超高流量密度、超高连接数密度和超高移动性等多场景的一致服务，业务及用户感知的智能移动性等多场景的一致服务，业务及用户感知的智能优化，同时将为网络带来超百倍的能效提升和超百倍优化，同时将为网络带来超百倍的能效提升和超百倍的比特成本降低，最终实现的比特成本降低，最终实现“信息随心至，万物触手信息随心至，万物触手及及”的总体愿景。的总体愿景。