前面的工程师，你站住！说清楚5G到底是啥？

从电报、电话到手机，从1G到4G，通信技术为人类和社会带来了无尽的便利和福祉。如今我们正迎来5G时代，可5G到底是什么？

5G只是更快吗？当然不是。

5G不再只是从2G.txt到3G.jpg再到4G.avi的网络速率的提升，而是将人与人之间的通信扩展到万物连接，打造全移动和全连接的数字化社会。

5G应用不再只是手机，它将面向未来VR/AR、智慧城市、智慧农业、工业互联网、车联网、无人驾驶、智能家居、智慧医疗、无人机、应急安全等等。

这意味着什么呢？有运营商在白皮书里将5G定义为一次彻底的创新。

如果我们把一项技术创新为四类：渐进式创新、模块创新、构架创新和彻底创新，从2G到4G是频谱效率和安全性等逐步提升的渐进式创新，也是在维持集中式网络构架下的模块式创新，还有从网络构架向扁平化和分离化演进的构架创新。

但到了5G，除了提供1G至4G时代的手机业务，还要面向各种新的服务，提供不连续的、崭新的能力，因而这对于移动通信是一次彻底的创新。

网络构架的演进与创新

移动网络构架主要包括核心网和无线接入网，从2G到4G，其构架演进是这样的...

 

到了5G时代，移动网络按循序渐进的方式引入5G网元设备。

第一步，5G NR（新无线）先行，5G基站（gNodeB）与4G基站（eNodeB）以双连接的方式共同接入4G核心网。

第二步，5G基站独立接入5G核心网（NGCN，下一代核心网）。

第三步，5G基站和4G基站统统接入5G核心网，4G核心网退出历史舞台。

以上5G网络构架演进看似整体一致，实际上，我们把核心网和无线接入网分开来看，其内部构架发生了颠覆性的改变。

先比较4G基站和5G基站是怎样接入核心网的？

由上图可知，核心网网元名字变了，有4G时代的MME/S-GW变为5G时代的AMF/UPF。

说起这个AMF/UPF，就要提到我们引以为豪的，由中国移动牵头提出的SBA 5G核心网基础构架。

▲5G系统服务架构

这是一个基于云原生设计原则的构架，不仅要对传统4G核心网网元NFV虚拟化，网络功能还将进一步软件模块化，实现从驻留于云到充分利用云的跨越，以实现未来以软件化、模块化的方式灵活、快速地组装和部署业务应用。

AMF：全称Core Access and Mobility Management Function ，负责控制面的移动性和接入管理，代替了不能MME的功能。

UPF：全称User plane Function，就是负责用户面，它代替了原来4G中执行路由和转发功能的SGW和PGW。

无线接入网又发生了怎样的改变呢？分离、分离、分离。

如上图所示，首先是控制面和用户面的分离；其次是基站被分离为三部分：AAU、DU和CU。

 

5G无线关键技术：微基站和Massive MIMO

5G的容量是4G的1000倍，峰值速率10Gbps-20Gbps，要提升容量和速率无非就是三板斧：频谱带宽、频谱效率和小区数量。

 

 

▲提升网络容量的三板斧

用公式来表达就是这样的...

首先频谱带宽，高频段的频率资源丰富，同时，目前小于3GHz的低频段基本被2/3/4G占用，所以5G就得向高频段3.5GHz-30GHz（甚至更高）扩展。

问题来了，频段越高，穿透能力越差，覆盖范围越小。

怎么办？这就引出了5G的两大关键技术：Massive MIMO和微基站（Small Cells）。 

毋庸置疑，微基站已成为未来解决网络覆盖和容量的关键。未来城市路灯、广告牌、电杆等各种街道设施都将成为小基站挂靠的地方。

Massive MIMO就是在基站侧配置远多于现有的系统的大规模天线阵列的MU-MIMO，来同时服务多个用户。它可以大幅提升无线频谱效率，增强网络覆盖和系统容量，简而言之，就是通过分集技术提升传输可靠性、空间复用提升数据速率、波束赋形提升覆盖范围。

MU-MIMO将多个终端联合起来空间复用，多个终端的天线同时使用，这样以来，大量的基站天线和终端天线形成一个大规模的虚拟的MIMO信道系统。这是从整个网络的角度更宏观的去思考提升系统容量。

波束赋形是指大规模多天线系统可以控制每一个天线单元的发射（或接收）信号的相位和信号幅度，产生具有指向性的波束，消除来自四面八方的干扰，增强波束方向的信号。它可补偿无线传播损耗。

 

在去年举行的中国国际信息通信展览会（PT展）上，笔者看到了各大厂家的Massive MIMO。

据说在这一年时间，各大厂家的Massive MIMO产品均在不断更新和进步，相信今年的PT展我们能看到更多更新的设备。

5G是一场融合创新

5G超高速