​​摘要：5G 通信的关键技术有哪些呢？5G 对于移动互联网场景和物联网场景又带来了哪些新的技术和变革？

本文分享自华为云社区《5G通信关键技术解读》，作者：Super.雯 。

5G 作为目前最新一代的蜂窝通信技术，一直受到很多关注，除了现在市面上推出了他们的 5G 手机终端以外，应用场景也从移动互联网业务扩展到物联网场景。那么 5G 通信的关键技术有哪些呢？5G 对于移动互联网场景和物联网场景又带来了哪些新的技术和变革？

5G 标准演进与产业发展

过去十年间，运营商和供应商纷纷发布了数字化和智能化转型战略，随之 5G 的快速部署，社会在向全连接、全感知、全智能的社会迈出了更坚实的一步。站在今天展望未来，2025 年将是一个十分重要的时间点，根据 Vision25 报告，到 2025 年：

• 智能家庭领域：全球 14%的家庭将拥有家用智能机器人；

• AR/VR 视觉领域：全球的 VR/AR 用户数将达 37 亿，采用 VR/AR 技术的企业将增长到 10%；

• 智能制造领域：每万名制造业员工将与 103 个机器人共同工作；

• AI 领域：97%的大企业将采用 AI，人机协创无所不在，创造更多价值。

这些变化的背后，是 5G 的快速部署，2025 年，全球将部署 650 万基站，服务于 28 亿用户。如果将这几个不同行业要达成的目标用三个词来进行概括，其实就是万物感知、万物互联和万物智能。

社会想要达到这些目标的很重要的一个因素将会是 5G 的快速部署，加快 5G 的部署可以帮助快速实现这些行业目标的落地。

图-标准演进

5G 标准的制定可以追溯到 17 年的 R15，关于 5G 的主要标准都是在 R15 制定的，包括无线的技术框架，物理层的编码，多天线系统和网络上下行的架构等。到了 R16 就相当于是对 5G 的标准又一次完善和增强，所以说 R16 是 5G 的完整版本。

但是 5G 标准是从 Release15 开始的，在这里可以把 5G 技术的演进分成两个部分来看，第一个部分它是由 LTE 演进过来的，从一开始的 LTE-Advanced 再到 LTE-AdvancedPro 也就是业内所说的 4.5G，之后再到 5G。另一个部分所包含的就是 5G 的新技术。所以总结来讲，5G 的标准是从 R15 开始的，并且 5G 新技术标准包括两个部分，有 LTE 演进的部分中就包括 LTEAdvancedpro 演进和 EPC 演进。另一部分 5G 新技术当中就包含了 5G 新空口和 5G 新一代核心网。

5G 的另一个优点就在于它把全球的标准都统一了，在 3G 时代，国内比较常见的有三个标准。国内三大运营商之间的标准各不相同，中国电信用得是 CDMA2000，中国联通是 WCDMA 还有中国移动是 TD-SCDMA。这样有一个什么问题呢？就是当用户在买手机的时候要注意自己的 SIM 卡是哪家公司的，因为不同运营商之间的网络是不兼容的。

所以这一点对于用户来讲是比较麻烦的一件事。当然，用户在买手机的时候会看到全网通和不是全网通的版本，不是全网通的手机就属于某个运营商的定制机，这一类手机会比非定制机要便宜，但是它不支持其他的运营商网络。

到了 4G 时代也一样，它同样也有两种标准，一种是 TD-LTE 另一种是 FDD-LTE。为了解决这样一种多标准的乱象，5G 就规定了，之后全球就只有一种标准，这样的话，全世界的用户在进行移动通信的时候会更加方便。

图-国家策略

站在国家的层面来看，5G 技术到底有多重要呢？从图中可以看到，其实有非常多的国家都意识到了 5G 能为国家带来的好处。许多国家都把 5G 和 AI 作为国家数字化发展的核心战略。

根据统计，刺激 GDP 增长最有效的途径是增加在 ICT 技术上的投资，并且华为研究表明，20%的 ICT 投资将会给国家带来 1%的 GDP 增长。从投资效率比来看，投资 ICT 技术的效率和效益是非常高的。所以有非常多的国家都意识到了 5G 和 AI 的重要性并将其作为国家发展的重要战略。由此可以看到，建设 5G 已经不仅仅是运营商的工作，它更是国家建设的必要工作。

从 5G 的网络部署情况上来看，在 2018 年上半年，全世界还只有 5 张 5G 的网络，但是到了 2018 下半年就已经有 30 张了。所以 5G 网络部署的速度情况是非常快的。到 2019 年年底，国内已经有 13 万座 5G 基站了，很多城市比如北、上、广等已实现了 5G 的连片覆盖。所以国家乃至世界，对于 5G 的发展都是十分重视的。

在有了 5G 网络之后，就也得有与之相配套的产品用于 5G 网络之上。在 18 年 2 月份的时候，华为就向全世界发布了首款 5G 商用芯片巴龙 5G01 以及基于该芯片的商用终端华为 5GCPE。这款终端的实测下行速率可以达到 2Gbps。到了之后，华为也发布了搭载这款芯片的 5G 折叠屏手机 MateX。再到之后，华为将 5G 模块集成到了片上系统，也推出了麒麟 980、麒麟 990 等芯片，也有最新的 5G 手机 HuaweiMate40 等

5G 关键技术介绍

5G 的关键性能指标就是在上文中提到过的 5G 三大场景所需要具备的能力：1 毫秒的时延，10Gbps 的速率，每平方公里一百万的连接，还有就是切片的网络架构，关于网络切片的详细内容会在本小节后续进行介绍。

新架构

5G 的关键技术可以分为三大关键革新来进行介绍，它们分别是新架构，新空口，全频谱。接下来本文会对上述三个技术革新逐个进行分析。首先是 5G 的新架构，5G 的这张网络，是一张网络，承载了千百行业。在 5G 网络当中，实际的应用场景是复杂多变的，某些应用场景对于网络的需求是多种多样的，这就要求运营商对时延、带宽等等需求进行组合来形成多个具备不同能力的切片。所以如果要做切片，这就要求网络是一个灵活的网络。

1. 网络切片

首先在 5G 核心网当中使用到了 NFV（NetworkFunctionVirtualization）的技术，NFV 即网络功能虚拟化,通过使用 x86 等通用性硬件以及虚拟化技术，来承载很多功能的软件处理。从而降低网络昂贵的设备成本。可以通过软硬件解耦及功能抽象，使网络设备功能不再依赖于专用硬件，资源可以充分灵活共享，实现新业务的快速开发和部署，并基于实际业务需求进行自动部署、弹性伸缩、故障隔离和自愈等。

通俗一点讲就是网络设备功能不再受到硬件的限制了，像在以前，内存是内存，CPU 是 CPU，买了这些硬件之后用户的使用上限就只有这么多，但是通常会多买非常多的资源来保证资源的充足。那么这种结构，就很容易造成资源的浪费，因为平常使用过程当中并不会需要这么多的资源。虚拟化的架构就摆脱了这些硬件的束缚，它可以把同一个硬件划分给很多不同的用户去使用，它是一个弹性的架构，你用多少就占用多少，其他的部分可以让别人来使用。

这样一个网络，可以根据分片的需求来处理不同的业务。SDN（SoftwareDefinedNetwork）也是一样，指的是用软件来对网络进行定义，以此来做到一个更加智能、弹性的网络。其核心技术 OpenFlow 通过将网络设备的控制面与数据面分离开来，从而实现了网络流量的灵活控制，使网络作为管道变得更加智能，为核心网络及应用的创新提供了良好的平台。

由此可以看出，网络切片技术在 5G 网络当中的使用。它是通过切片技术在一个通用硬件基础上虚拟出多个端到端的网络，每个网络具有不同网络功能，适配不同类型服务需求。

2. NSA&SA 组网方式

图-组网方式

5G 的组网方式可以被分为非独立组网 NSA 和独立组网 SA 两种方式。从图中可以看到，NSA 的架构主要是由 4G 核心网 EPC，4G 基站 eNodeB，5G 基站 gNodeB 这几个部分组成。在这种架构下，4G 和 5G 的基站都是由 4G 的核心网来控制的。但是 SA 组网方式就不一样了，它主要是由 4G 基站 eNodeB、5G 基站 gNodeB、4G 核心网 EPC 和 5G 核心网 NGC 这四个部分组成。

对于读者来讲可能这两种组网方式之间的区别可能不是特别好理解，但是可以用一个简单的例子来给读者们说明。比方说你是一个饭店老板，你现在有一家饭店门面叫门面 4，你请了个主厨叫大厨 4。随着生意越来越好，饭店里人满为患，你就打算扩张自己的生意，但是因为扩张需要大量的资金，而且不能盲目投资。所以你选了两种方案，方案 A 是另外再买一个店面叫门面 5 并且再配一个主厨叫大厨 5，这种方案最简单，最直接，但是花的钱也是最多的。还有一种方案，方案 B 是再买一个店面叫门面 5，但是不再请一个厨师，由大厨 4 来负责照看两个店面。这种方式，虽然省钱，但是很麻烦，而且有可能大厨 4 会忙不过来。

在以上两种方案中，方案 A 和独立组网 SA 是一样的，两个门面就相当于是 4G 和 5G 两种基站，里面的大厨就相当于是核心网。那么方案 B 呢，就和非独立组网 NSA 一样。这两种组网方式根本上的差异，和饭店的这个例子其实是一样的，归根结底还是钱的原因。

只要有足够的钱，想要拥有纯正、完美的 5G 网络，那很简单，只要所有设备同时新建，采用独立组网的方式，和 4G 完全分离开。但是并不是所有的运营商都是土豪，为了方便用户逐步享受 5G，3GPP 就提出了非独立组网这种方式，相当于是给运营商提供了两种不同档次的套餐。

3. 5G 核心网 NGC

5G 核心网有四大技术特征：

首先，控制承载分离，这样有一个什么好处呢？在这里需要知道控制面和用户面之间的区别，控制面是负责传输控制信令的，而用户面所传输的就是用户实际使用的数据。当控制面和用户面分开后，这样当运营商在进行软件管理、升级的时候，哪边出问题就处理哪边，这样子就简单，方便了很多。

第二个，移动边缘计算，移动边缘计算就是一个运行在移动网络边缘的，运行特定任务的云服务器。它的主要作用就是将核心网的一部分业务交给这个位于移动网络边缘的云服务器机房来做。这样子做，可以有效降低来回网络传输的时间，这样子可以有效降低时延也可以节省带宽的使用。

第三个，网络功能重构，这一点是非常好理解的，由于这个网络都放在云端来进行计算了，而且网络的架构和各部分的功能都进行了重新规划，所以它的特征就是功能重构。

第四个，网络切片，这个在上文中也讲到过，切片网络是一个端到端的网络，它是一个非常弹性的网络。它会根据具体的需求来进行一个端到端的划分。

新空口

新空口的这一部分涉及到的都是物理层的知识，在此课程当中不会做过多的讲解，所以如果读者们想要详细去了解这一部分的知识的话，可以继续去学习 5G 方面的课程。在物联网的课程当中，读者们只需要了解 5G 使用的新空口技术有全双工、MassiveMIMO、Polar 编码、F-OFDM 和 SCMA 就可以了。其中在 MassiveMIMO 当中会使用多天线来作为接收端和发送端，并在时域和频域外，在空间中也采用了复用技术，以此来提高吞吐率。

全频谱

在上文中讲到，3G 的频段是 1800M，4G 是 2600M。5G 直接跳到了 C 频段也就是 3.4-3.6GHz。4G 所使用的频段虽然也不低，2600M 就是 2.6G。但是，它通过基站的信号放大还是可以达到两公里左右的覆盖范围。但是 5G 就不行，除了 C 频段，频段再往上还有毫米波，也就是 6GHz 以上的这一部分，所以说 5G 最大的问题是什么？一个是它的能耗比较大，另一个就是它的覆盖范围和穿透力都太弱了。

所以对于 5G 来讲，C 频段这一部分相对于毫米波，它的频率还是比较低的，所以会被用在基站的全面覆盖上，也就是运营商在建造的 5G 基站室外所使用的频段就处于这一部分当中。之后其余部分的频段会被用在容量和自回传上。关于容量，比方说像交通枢纽、体育场这些室内面积比较大、人口密度大并且阻挡物少的地方，有的时候人比较多的情况下，普通 C 频段的基站由于覆盖面积有限，每个基站可承载的用户数量也是有限的，所以就很容易会出现速率降低的情况，这说明基站的用户数量过多，只能牺牲速率来保证每个用户都能接入网络。在这个时候就需要使用 6GHz 以上的频段的小基站来进行扩容，因为高频信号虽然穿透性不好，但是相对的反射性就比较好，所以比较适合用在这些场景之下。

关于自回传，在现如今家里的网络，比方说光纤入户，它用的还是有线的方式将光纤线接到小区里面。在之后，运营商就会用无线的方式，比方说上文中提到过的 CPE，来进行无线的回传。一方面它可以作为基站来为终端提供服务，另一方面，它可以替代光纤来做到无线的自回传，也就是下一小节要讲到的 FWA，fixedwirelessaccess。所以说 5G 的部署方式是高低频混合组网的方式，它聚合了所有的频段和频谱，并将不同的频段频谱用在了不同的方向上，以此来使 5G 达到更好效果。

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