5G基本架构解析

所有主要的移动运营商都在积极推动他们的5G进步 - 如果你相信商业广告，5G正在推出和出现，实现更高带宽的应用和机器对机器的交互。

虽然5G的推出似乎确实正在进行中，但这并不是一个“全有或全无”的主张。与大多数创新一样，推出是一个分阶段的过程。

物联网、智能边缘和AI/IVR的先进5G特性和能力是非常真实的，应该关注5G网络架构才能发挥优势。

5G 通用物理架构

下图显示了通用的 5G 架构。有三个物理组件：

无线接入网 （RAN）。这是连接到移动设备的网络的无线网络部分。

演进分组核心 （EPC）。这构成了移动网络的核心部分，并充当RAN与互联网或其他基于IP的服务之间的桥梁。

IP 多媒体子系统 （IMS）。大多数人认为这是LTE语音（VoLTE）组件，但根据设计，它比这更通用。IMS的目的是在移动网络基础设施内提供IP应用服务，无论是IP语音还是其他基于IP的通信服务。

5G中的物理组件组织实际上与4G / LTE没有什么不同。5G的区别在于5G RAN的能力和EPC的组织，以实现更高水平的虚拟化。

无线接入网

5G引入的主要功能之一是它定义了三个用于特定目的的不同频段：

低频段（低于 1GHz）。这也是LTE今天使用的频谱。这是最大化覆盖范围的最佳选择，但最大带宽最高约为100Mbps。

中频（低于 6GHz）。中频提供高达 1Gbps 的更高带宽和更低的延迟，这对于许多物联网或机器对机器应用至关重要。然而，通过建筑物和物体接收是一个问题。5G通过使用多输入多输出（MIMO）宏单元来增加并发用户的数量，从而解决了这个问题。一种称为“波束成形”的技术也是5G的一项新创新，其中天线向每个具有监控功能的连接设备发送定向信号，以提高信号质量。

高频段 （》6GHz） 或毫米波。当涉及到5G时，这得到了大多数媒体的关注，因为它以极低的延迟提供高达10Gbps的峰值数据速率。正如您所料，您付出的代价是非常有限的距离（小于一平方英里）和较差的物体/建筑物穿透力。然而，它确实适合WiFi等技术与其中低频段前辈之间的最佳平衡点。

RAN的另一个关键功能是能够合并边缘路由。在设备与智能边缘组件之间或设备之间路由流量可显著减少 EPC 路由所涉及的延迟。

演进分组核心 （EPC）

5G EPC也有一些创新，我将在下一篇文章中更详细地介绍它们。总的来说，5G EPC正在更新，以更好地管理和集成语音，数据和互联网连接。EPC的主要创新是：

控制平面（连接设置/拆卸）和用户平面（通信内容）之间完全分离。某些应用程序的设备很少，但带宽要求非常高。其他人使用大量的传感器设备，每个设备都需要非常低的带宽。用户和控制平面的分离允许网络根据需要灵活地将资源分配给其中一个。

虚拟化。与前几代固定功能EPC硬件组件相比，定义具有运行VNF和标准服务器平台能力的虚拟化网络功能（NFV）可降低成本并提高灵活性。

网络切片。这有点类似于计算、内存和存储组件的虚拟化，只是将物理网络资源切成逻辑网络功能。每个网络切片由专用于为特定客户或服务提供服务的网络资源组成。网络切片也是相互隔离和隔离的，因此一个行为不佳的系统不会中断其他系统的服务。前几代移动网络只是将管道视为每个人都共享的带宽。5G将这些资源分解为可以分配、使用和隔离的虚拟化网络切片。随着物联网的出现，这一点尤其重要，目前无法控制物联网设备和框架。

EPC正在发生变化，但它更多的是关于“引擎盖下”的改进和效率，以便在RAN中承担增加的改进负担。

IP 多媒体子系统 （IMS）

稍后我将更详细地介绍 IP 多媒体子系统。高级视图是此组件在移动网络中实现特定的基于 IP 的应用程序和服务。

IMS最著名的用例是LTE语音（VoLTE）。前几代移动网络（甚至4G/LTE）将移动语音和短消息服务（SMS）实现为电路交换数据，而不是IP。随着网络向端到端IP发展，需要解决的第一个应用是这两种服务。因此，第一个定义的IMS涉及使用IP语音（VoIP）技术而不是旧的电路交换方法与移动电话通信的组件。这最终打破了旧电路交换语音和SMS与前几代移动网络基于IP的新数据服务之间的分歧路径。通过迁移到VoLTE，现在可以消除网络的整个电路交换部分，从而节省硬件和维护成本。

5G今天在哪里？

如今，移动运营商的重点是部署新的RAN频谱。这将使支持5G的设备能够使用网络，并且它们将与5G RAN连接，但它们将在较旧的4G / LTE EPC上运行。业界称之为“5G非独立”或5G。这将瓶颈转移到EPC，直到部署5G EPC。业界使用术语“5G Standalone”或5G SA来表示RAN和EPC都是5G的网络。

审核编辑：郭婷