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5G移动通信核心网关键技术研究

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Ｄｅｃ．　２５，２０２０，Ｖｏｌ．　３７　Ｎｏ．　２４　Telecom Power Technology 2020年12月25日第37卷第24期

通信技术doi：10.19399/j.cnki.tpt.2020.24.037

5G移动通信核心网关键技术研究

高丽华，高乐文，任新宇，井志强（中国移动通信集团设计院有限公司 黑龙江分公司，黑龙江 哈尔滨150080）

摘要：5G网络商用的主要问题集中在无线网络、核心网络以及传输网络上。通过讨论与5G核心网络有关的问题，包括网络功能在设备配置方面的虚拟化及控制平面与用户平面的分离，为多样化服务提供网络切片和低成本利润计算，并根据无线网络、4G/5G之间的关系审查5G网络的结构，即非独立组网NSA和独立组网SA。关键词：核心网；虚拟化；控制平面；网络切片

Research on Key Technology of 5G Mobile Core Network

GAO Lihua，GAO Lewen，REN Xinyu，JING Zhiqiang（China Mobile Communications Group Design Institute，Heilongjiang Branch，Harbin 150080，China）

Abstract：The main problems of 5G network for commercial use focus on wireless network，core network and transmission network.This paper discusses the issues related to the 5G core network，including the virtualization of network functions in device configuration，the separation of control plane from user plane，the provision of network slicing and low-cost profit computation for diversified services，and it reviewed the 5G network structure based on the relationship between wireless networks，4G and 5G，the NSA and SA are not independent networking.Keywords：core network；virtualization；control plane；network section

0 引 言

移动通信网络在工业制造、自动驾驶、远程医

疗以及智能运输等方面将有大规模的应用和需求。在

技术方面，5G网络商用的主要问题集中在无线网络、

核心网络及传输网络上，5G技术也是国家“十三五”

规划中的高科技，并且要成为新的增长点。目前，我

国的5G移动通信技术已经是科技发展和研发的热点

问题，其研究更加注重环保和低能耗的特点，符合我

国可持续发展的策略。虽然在技术结构上更加复杂，

但其灵活性和兼容性更加优良，能有效实现物联和互

通，完成低时延、大连接以及高可靠等。5G移动通信网络中接入网设计时应把握以下几

点。一是对异构网络多接入技术的融合，利用无线控

制器的相关设备对其进行精准控制，同时要保证接口

有着比较强的兼容性能，对性能的根基进行良好建立，

对数据的来源进行高效处理，在基站的平台上继续处

理数据信息，这也是5G网络可以协调稳定运行的前提。

二是针对资源的传输系统进行接入网的设计，此时的

设计应该更加关注资源传输的行为及其具体传输的路

径，保证传输行为的严谨性，尽可能保证浏览的内容

能够与客户的喜好进行匹配。针对网络部署的具体场景来说，其主要分为室内和室外两种。技术人员要根

据具体的规划制定出具有针对性的措施，针对室内的

具体网络场景部署可以合理选用大型天线，而针对室

外的网络部署则需要通过增加具体的基站数量来实现，

并且要在零部件和光缆连接上进行有效布设，保证通

信网络的运行速度及具体的运行要求。三是针对核心

网先从优化用户的服务质量开始，再对用户网络和外

部网络进行合理连接。技术人员要将网络元件作为数

据信息具体的接收元件，再合理配备具体的硬件，以

此来提升网络连接与核心网的灵活性[1]。

1 5G移动通信核心网络关键技术

1.1 NFV和SBA

NFV技术的特点是硬件和软件分离、网络功能

虚拟化、在无专用硬件的情况下操作虚拟网络功能、

降低成本以及提高服务能力的灵活性。使用NFV技

术可以使5G网络获得更多的连接，同时提高网络切

割和边缘计算功能的灵活性。

NFV技术的使用使得5G网络可以实现灵活的网

络切片和边缘计算功能。基本网络控制平面使用基于

服务的SBA系统架构，旧4G网络网元被重组为多个

网络功能，这些功能被虚拟化，每个网络功能被分成

多个服务。网络功能服务遵循包容性、可再利用性以

及独立管理的三项原则，在基本核心网络中使用了统

一、有效、可靠且方便用户的接口协议，同时服务界收稿日期：2020-11-05作者简介：高丽华（1982-），女，山西交城人，硕士研究生，高级工程师，主要研究方向为核心网、5G、NFV等技术。

 2020年12月25日第37卷第24期Ｄｅｃ．　２５，２０２０，Ｖｏｌ．　３７　Ｎｏ．　２４　Telecom Power Technology

面的使用允许与其他网络功能直接互动。1.2 控制面与用户面分离

分离控制面和用户面是移动通信网络演变的一

个连贯概念，在3G使用时移动通信网络将2G语音

网络MSC从MSS与MGW控制面分离，在4G使用

时EPC网络被分为MME和SGW。5G网络结构继承

了4G CUPS结构，并在控制面与用户面的分离中有

了进一步的提高，从而减少用户的流速失真和因特网

接入延误，这是5G的主要技术。在一个具体实施中，

传统媒体网关设备的控制面和用户面作为会话管理功

能（Session Management Function，SMF）在5G系统

结构中被分离，如图1所示。IP地址分配、选择与

控制用于数据分组路由的用户节点，其主要功能为用

户掩码，如重发、数据分组检测以及策略执行等。

图1 5G核心网SBA架构图

1.3 网络切片

网络切片分割物理网络形成多个独立终端逻辑

网络，包括接入网络、核心网络以及传输网络等，可

被视为5G网络中的虚拟专用网络，为用户提供个性

化服务，并表现了5G网络的灵活性。根据不同服务

的服务质量要求，网络切片被分配给网络功能和相应

的网络资源。网络切片在实施过程中的关键技术就是

SDN和NFV。SDN技术允许灵活地定义网络在网络

切片中的功能，其主要思想是仅满足服务性能的需要，

放弃无关性能的需要，并且不优先满足诸如高带宽之

类的需要，这样是为了实现低延误。NFV技术将网

络切片的硬件和软件分开，并根据虚拟资源的需要提

取物理资源，从而使资源得到最佳的共享和利用[2]。

利用SDN和NFV技术部署网络切片，从而提供多样

化和定制的网络服务。网络切片的管理功能需要在接

入网络、中央核心网络以及传输网络等领域之间进行

协同作用，从而做到管理和编程端到端切片。然而，

接入网络中没有SDN和NFV技术，而且还需要确保

服务的透明度和网络资源的虚拟化，以改进终端网络切片。1.4 边缘计算

边缘计算是一种部署模式，在该模式中，数据

中心、缓存器以及计算节点被部署在用户网络周边，

从而减少核心网络的负荷，另外减少服务时间和提高

用户的认知，最后开放网络能力为第三方应用程序提

供所需的网络信息，并优化服务经验。边缘计算对于

满足5G低延时功能具有重要的作用，在垂直行业及

差异化场景的满足方面能够经常看到边缘计算服务的

身影。1.5 NSA和SA3GPP提供了12个5G接入网络和基本核心网络

配置，总共有8个选项类别，反映了在不同阶段部署5G商业网络的需要。选择方案1、6以及8时只存在

于理论上，而选择方案2、3、4以及7时既涉及5G

核心网络，也涉及构成部署选择模式的5G无线网络。

SA利用5G接入网络接入5G核心网络，其优点是能

够以更经济的方式投资于整个5G目标网络，但其终

端实施的风险更大，需要很快建立新的核心网络，这

就使得工作量加大。

2 5G移动通信网络构建中关键技术的研究

2.1 滤波器组的多载波技术

在5G移动通信网络技术中，多载波技术的应用

属于频率极高的一种，其可以有效提升谱效率，与此

同时还可以更好地避免出现多径衰落这样的不良现象。

但是在通过应用多载波技术进行多径衰落控制的时候

一定程度上会出现对资源的浪费现象。在多载波技术

的具体应用过程中要关注载波频偏，注意其表现出的

较高敏感性，因为这会对频谱的灵活度造成一定的影

响。不同的地区之间存在着频率上的差异，所以在进

行多载波技术的应用时可能会造成一些频率比较低的

地方有带宽不足及产生空白频谱发生频繁的现象，最

终会对多载波技术连续使用的效益造成一定的影响，

所以相关技术人员需继续研发基于滤波器组的多载波

技术，优化5G移动通信网络系统，满足各个载波间

独立运行的要求，让其能够处于相应的运行状态下，

有效抵抗外界的干扰。2.2 移动通信云技术5G移动通信技术要与大数据技术进行充分融合，

大数据技术的一个主要表现就是云技术，在进行云技 （下转第119页）

 2020年12月25日第37卷第24期Telecom Power TechnologyＤｅｃ．　２５，２０２０，Ｖｏｌ．　３７　Ｎｏ．　２４　蒋颖锋：5G技术在智能电网中的 研究与应用

2019年6月，安徽宣城电信与国网安徽信通公

司合作建设的特高压古泉站5G网络建设圆满完成，特高压古泉站是昌吉-古泉1 100 kV线路的重要节点，该项目完成后能够在古泉站内实现高清视频监控和智能机器人巡检等业务。5G高速无线通道为站内各项业务提供了快捷灵活的接入方式，其带宽与时延等各项测试指标均满足设计要求。2020年7月，青岛电信、华为以及青岛供电公

司共同开发的5G智能电网工程顺利结束，该项目在奥帆中心等地建设30多个5G基站，实现规模连续覆盖，标志着中国目前最大的5G智能电网正式建成。2020年8月，由中国南方电网、中国移动以及华

为联合开发的5G授时CPE在深圳电网正式商用。5G授时CPE在配网差动保护业务中测试成功，通道延时、授时精度以及差动电流等相关指标的测试结果均达到要求，标志着5G智能电网产业链正在稳步走向成熟。2020年8月，由中国电信牵头，国内外多家产

业联盟单位共同提交的5G智能电网项目在3GPP R18中正式立项，首次定义5G智能电网端到端整体框架标准，为5G智能电网的规模发展奠定坚实的基础。2020年9月，福建移动、中兴通讯以及国网福

建公司成功在福建移动5G开放实验室完成5G切片差动保护测试，业界首创的基于物理资源块（Physical Resource Block，PRB）预留的无线切片实现5G端到端平均时延9 ms，满足差动保护业务的时延要求。

4 结 论

本文初步分析了5G通信技术的特点及其在智能电网中的各类应用，智能电网与5G网络技术相结合能够促进智能电网各项业务的快速发展，实现电网建设的降本增效，具有较大的经济优势和广阔的应用场景。同时也要认识到5G+智能电网的建设和发展是一项长期且艰巨的工程，要达到规模商用还需产业链上各相关企业和研究机构深化合作，才能实现产业生态的发展和共赢。

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5G移动通信核心网关键技术分析

5G移动通信核心网关键技术分析

5G移动通信核心网关键技术分析

摘要：在目前，每个行业内都加入通信技术，5G 通信技术要远比4G 更加稳定可靠，并具备通信实效性。同时，5G 技术也在部分较为特殊业务中灵活应用。以此为前提，我们需要深入探究现阶段的5G 通信技术，充分了解其技术特征和应用优势，根据核心网系统所使用的关键技术，对未来发展做出有效判断。

关键词：5G技术；移动通信网络技术；核心网；关键技术

引言：

移动通信在科技快速发展的大环境下，企业平台的主要业务就是移动数据的流量，这为用户带来了极大的便利，但同时伴随新问题的出现。技术人员每天需要面对大量信息数据的处理，通过合理利用5G 网络，实现功能与资源的有效划分，将核心网的关键技术应用在行业中。事实上，通信行业的首要目标是为了满足人们对于信息的交互功能，因此移动通信属于具备服务属性的工作，需要技术人员合理分配网络构建方案的完成。

一、5G移动通信技术特征及应用

1、高传输速率

5G移动通信作为最新通信传输技术，它使用无线传输作为主要形式，具有较高的传输能力。以通信技术为例，2G通信技术仅能够实现通话和短信的传输；3G通信技术增加了网络图片与动态图像的传输；4G通信技术可以很好完成网络语音通话、网络视频通话；5G通信技术下载速度快，传输频率可以达到10GB 每秒，是4G网络的数百倍，通过使用5G可以瞬间完成大容量文件的下载。总之，5G技术的应用给予了人们在工作和生活上更大的便利性。

2、高应用价值 5G移动通信技术不仅仅是一种网络通信技术，可多个领域中实现技术创新融合，满足多种设备信息数据传输的要求，从而实现设备传输效率的提升和改善，并且能够为行业带来了新的动力。5G移动通信技术可以很好实现技术智能化与系统协同化，逐步成为人们随时随地都在使用的通信手段，同时可以将城市建设、交通建设、网络建设等领域配备该技术，进而保障交互信息的实时传输。在我国通信传输的进程中，计算机技术、通信技术、多媒体技术等手段，其应用价值越高则越受行业认可，让信息交流不在限制于地域和时间，是现代社会发展的一大表现。

5G 核心网网络架构及关键技术分析

5G 核心网网络架构及关键技术分析

81Internet Technology互联网+技术

引言通信技术在近几十年跟随着现代科学的演变革新趋势，也同样发生了翻天覆地的变化，尤其是移动通信技术，在各项应用中得到了广泛的延伸，给人们生活的提供了很多便利。如今通信网络的建设主体已由过去几年的4G广覆盖转变为5G的逐步推行，自2012年起，第5代移动通信系统在业界成为关注的重点，5G网络的规划与建设涉及的相关技术成为通信行业发展的热点。事实表明，5G将开启一个大连接、全业务的时代。一、5G及其核心网概述5G相关技术带来的移动通信产业的变化，让未来通信不仅仅是在追求更大带宽、更高速率，或是更强的空中接口技术，而是想要建设以用户为中心的弹性智能网络。随着5G网络的建成，未来在任意时间和任意地点，人们之间、人和物之间、物与物之间的通信速率将能够达到1Gbit/s，峰值下行速率甚至可达50Gbit/s。与此同时，用户获得的移动数据容量将更多、数据传输时延将更低、电池使用寿命将更长，而设备也可拥有更低的功耗、更多的终端连接。而在整个5G网络中，最为核心的便是5G核心网。核心网作为全连接和全业务的管理中枢，在5G网络建设中处于至关重要的环节，它能够满足端到端的业务体验需求，按需提供服务，支持多种多样化的无线接入场景，可实现高效的网络运营和灵活的网络部署。二、5G 核心网网络架构为了满足不同场景下多样化业务的需求，按需灵活部署的核心网建设势在必行。5GC（5G core，5G核心网）充5G 核心网网络架构及关键技术分析

□刘大畅 丁浩 曾晶 广东南方电信规划咨询设计院有限公司【摘要】 首先介绍5G核心网及其网络架构，随后详细阐述网关控制与转发功能分离与控制平面功能重构、移动边缘计算、新型移动性管理和会话管理、网络功能虚拟化（NFV）及网络切片，最后对5G核心网的发展进行了总结并展望。【关键字】 5G核心网 NFV 边缘计算 网络切片分利用了各领域技术优势，打破传统网络的限制，通过对4G 核心网的解耦与重构，将传统的4G EPC 核心网的网元按功能进行拆分，5GC控制平面的网元在SBA微服务的架构下使用统一的接口SBI（Service-based Interface，服务化接口）进行相互间的数据传输，并随着NFV(network function virtualization，网络功能虚拟化)和SDN（software defined networking，软件定义网络）等技术的成熟，5G核心网通过这些新技术实现网络功能的重新部署，使得网络由基于传统的通信技术逐步向基于IT 技术实现转型。

5G核心网关键技术及业务能力研究

5G核心网关键技术及业务能力研究

5G核心网关键技术及业务能力研究

摘要:本文结合5G核心网的结构体系特点，对5G核心网关键技术和业务能力进行分析与研究，以供同仁参考。

关键词:5G核心网；结构体系；关键技术；业务能力

一、前言

5G核心网是一个虚拟化、分层的核心网络。5G核心网是一种资源可以共享的网络体系架构，极其适用于当下新发展背景所需，并且完成从网络运营到业务服务的经济可持续发展模式。随着5G标准的出台，商业部署被提上议事日程，描述整个社会更好的信息生活的5G需求变得可以想象。作为连接社会一切服务和业务支持业务之间的现代社会信息基础设施架构的一项重要基础组成结构部分，移动宽带核心网络架构将力争在移动5G阶段时实现对其整体架构、功能和平台等的一次全面的重新配置。与目前传统运营商的移动4G核心网部署(EPC)技术相比，5G核心网技术采用了适应云平台技术的先进设计规划思想，采用了面向云服务的底层架构技术和功能优化设计，提供用户更方便通用的和更经济适合的数据接入、更灵活快速的数据控制操作和网络传输功能以及用户更多易于扩展使用的扩展能力开放。

二、5G核心网网络架构体系分析

为了能够满足不同情景下多样化服务的需求，必须建设一个核心网络，必要时进行灵活部署。随着NFV技术和SDN技术等新兴技术的日益深入的发展，第五代移动通信基础网络系统也已经通过整合运用了这些移动网络基础新的架构技术来有效实现和完成实现了运营商对原有网络功能进行划分和的网络重新分配，传统的移动通信基础技术网络结构模式将向逐渐地面向基于移动基础IT支撑服务的网络新技术方向的转变。图1中所示便是以第五代核心体系结构为设计理论基础，将移动第五代核心网络体系结构依次再拆分为成若干个功能模块。5G核心网络模块系统的网络基本的功能特性设计之一即是要通过设计将其每个核心网络功能块都划分为至少几个功能不同的层次上的核心功能模块，在这种将核心网络功能模块完全按照模块化原理设计出来的新技术基础上，网络模块中的控制面功能又可被和核心网络的转发和平台功能相较完全有效地分离。其中，控制面模块就可以通过单独实现模块功能的集中管理和转发实现，而无需专门调度管理和分配需要控制管理和转发实现的平面资源。用户界面可以用来实现网络集中部署或网络分布式的部署，在距离最靠近点的网络边缘区域进行网络部署操作时就可以直接使用本地流量，提供距离最靠附近区域的网络流量传输的服务，并会自动地将由网络远端中心到最远端中心的网络延迟的响应的时间自动的缩短几秒到毫秒。

浅谈5G移动通信网络架构及关键技术

浅谈5G移动通信网络架构及关键技术

浅谈 5G移动通信网络架构及关键技术

摘要：本文以5G移动通信系统为研究对象，重点阐述2G-5G网络架构的演进，分析5G移动通信关键技术，为通信学习者提供一定的理论借鉴。

关键词：5G；网络结构；关键技术

5G作为4G技术的“升级”版，其中一个重要因素是，5G是一个更聪明的网络，而4G的网络是一个预定义的网络。这个聪明的网络不光体现在网络架构上，还体现在采用的关键技术上。与2G/3G/4G网络相比，5G 网络架构是一个更加灵活、智能、高效和开放的网络系统，要求5G接入网与核心网功能需要进一步增强、逻辑功能界面清晰，但是部署方式却更加灵活，甚至可以融合部署。此外，由于引入了SDN、NFV等多种关键技术，5G可以根据你的需求，不停地变形，找到你个人最需要的业务。本文重点从网络结构和关键技术两个角度进行5G介绍。

1.

2G-5G移动通信网络结构的演进

随着公用移动通信网络从1G到5G技术不断的发展、业务不断的演进，网络结构也在不断的发生变化。对比2G-5G系统网络结构的演进过程，变化主要有5个方面：

（1）整体架构名称的演变

2G到5G的网络架构分成了终端、无线接入网以及核心网三个部分，但是具体的名称发生了变化。2G网络由移动台MS、基站子系统BSS、网络子系统NSS组成；3G网络由用户设备UE、无线接入网RAN和核心网CN组成；4G网络由用户设备UE、无线接入网RAN、核心网EPC构成；5G网络由用户设备UE、无线接入网NG-RAN、核心网NGC构成。

（2）基站系统的演进 2G基站系统称为基站子系统BSS，由BSC基站控制器和BTS基站收发信台组成。在一个BSC下有多个BTS， BSC主要完成无线信道的分配、BTS和MS发射功率的控制以及越区信道切换等功能。BTS主要负责无线传输功能，受BSC控制。3G基站系统称为UTRAN，由RNC和NodeB组成。在一个RNC下可以有多个NodeB。RNC是交换和控制单位，实现无线资源管理和控制功能。NodeB采用射频拉远技术，由基BBU和RRU组成，主要负责无线传输功能，受RNC控制。4G基站称为E-UTRAN，采用扁平化的网络架构，取消了基站控制器设备，用eNodeB取代了RNC+NodeB的架构，具备了NodeB全部功能和RNC的大部分功能，可以实现资源调度、无线资源管理等功能，功能极大增强。RNC被取消之后，部分功能上移到核心网。5G基站系统称为NG-RAN，由新一代基站gNodeB组成。gNodeB采用了CU和DU分离的思想，将基站BBU的空口协议栈分割成实时和非实时处理部分。实时处理部分即DU，仍保留在BBU模块；非实时处理部分即CU，通过网络功能虚拟化NFV进行云化部署。从协议层面看，一般是将无线资源控制RRC层划分到CU中，将分组数据汇聚协议PDCP层及其以下的协议层功能划分到DU中。