IMT-2020(5G)推进组 5G承载需求白皮书 目录 引言 P1 5G业务和架构特性分析 P2 5G承载关键性能需求 P5 5G承载组网及功能需求 P15 总结与展望 P21 主要贡献单位 P22 IMT-2020(5G)推进组于2013年2月由中国工业和信息化部、国家发展和改革委员会、科学技术部联合推动成立，组织架 构基于原IMT-Advanced推进组，成员包括中国主要的运营商、制造商、高校和研究机构。推进组是聚合中国产学研用力 量、推动中国第五代移动通信技术研究和开展国际交流与合作的主要平台。 IMT-2020(5G)推进组 5G承载需求白皮书 引言 第五代移动通信（5G）技术致力于应对 未来爆炸性的移动数据流量增长、海量设备连 调度、协同管控以及高精度同步等功能，从而满 足5G差异化业务承载需求。 接、不断涌现的各类新业务和应用场景，同时 整体来看，5G将全面推动承载技术迎来新 与行业深度融合，满足垂直行业终端互联的多 一轮发展契机。当前，5G技术路线逐渐清晰，国 样化需求，力主创建“万物互联”的新世界。 际标准制定稳步推进，商业应用渐行渐近。“5G 5G在带来革命性业务体验、新型商业应用模式 商用，承载先行”，5G承载已成为业界关注的 的同时，对基础承载网络提出了多样化全新需 焦点，目前正处于标准形成和产业化培育的关 求，现有承载技术指标、网络架构及功能等无 键时期，ITU-T、IEEE、IETF、OIF、CPRI、 法完全满足5G新型业务及应用，5G承载演进 CCSA等国际国内主要标准化组织和团体也已密 与革新势在必行。 集开展5G承载标准化研究工作。本白皮书基于 5G承载新需求与5G业务特性的提升、5G 5G业务和架构新特性、5G承载需求特性等综合 网络架构的革新等密切相关：相比于4G网络， 分析，提出和明确了5G承载关键性能、承载组网 5G采用更宽的无线频谱，更大规模的多入多出 及功能等需求，为后续5G承载技术路线选择、相 （MIMO）新技术，将峰值带宽和用户体验带宽 关国际标准推动、关键承载设备研发及产业发展 提升数十倍；远程医疗、自动驾驶等新型业务对 等奠定基础。目前业界应在承载需求明确的基础 承载提出毫秒级超低时延及高可靠性等需求；5G 上，加强关键技术研发、应用方案完善及产业化 的智能灵活、高效开放、网络架构变革，推动承 进程，形成完善的5G承载方案，全力支撑和迎接 载网架构相应演进并具备网络切片、灵活组网和 5G商用时机的到来。 1 IMT-2020(5G)推进组 5G承载需求白皮书 5G业务和架构特性分析 1. 5G三大业务场景差异明显 低时延和高可靠等处理能力。其挑战主要来自网 国际电信联盟无线电通信局（ITU-R） 络能力，当前的网络架构和技术在时延保证方面 定义了5G三类典型业务场景：增强型移动宽带 存在不足，需要网络切片、低时延网络等新技术 （eMBB）、大规模机器类通信（mMTC）、超 突破，承载面临芯片、硬件、软件、解决方案等 可靠低时延通信（uRLLC）。目前eMBB相对明 全面挑战。 确，且3GPP R15标准在2018年6月14日（北京时 间）已经冻结，mMTC和uRLLC对网络能力要 2. 无线接入网分割形成多种架构 求较高，应用需求和商业模式仍存在不确定性， 相 对 于 4 G 无 线 接 入 网 （ R A N） 的 基 带 处 主要特性将在3GPP R16版本进行标准化。5G无 理单元（BBU）、射频拉远单元（RRU）两 线和承载网络在三大业务场景应用时所面临的挑 级结构，支持5G新空口的gNB可采用集中单 战各不相同。 元（CU）、分布单元（DU）和有源天线单元 （1）eMBB主要面向超高清视频、虚拟现实 （AAU）三级结构。原BBU的非实时部分将分 （VR）/增强现实（AR）、高速移动上网等大 割出来，重新定义为CU，负责处理非实时协议 流量移动宽带应用，是5G对4G移动宽带场景的 和服务，主要包含分组数据汇聚协议（PDCP） 增强，单用户接入带宽可与目前的固网宽带接入 和无线资源控制（RRC）；BBU的部分物理层 达到类似量级，接入速率增长数十倍，对承载网 处理功能和原RRU合并为AAU，主要包含底层 提出超大带宽需求。 物理层（PHY-L）和射频（RF）；BBU的剩余 （2）mMTC主要面向以传感和数据采集为 功能重新定义为DU，负责处理物理层协议和实 目标的物联网等应用场景，具有小数据包、海量 时服务，包含无线链路控制（RLC）、介质访问 连接、更多基站间协作等特点，连接数将从亿级 控制（MAC）和高层物理层（PHY-H）等。 向千亿级跳跃式增长，要求承载网具备多连接通 5G RAN的CU和DU存在多种部署方式。 道、高精度时钟同步、低成本、低功耗、易部署 当CU、DU合设时,5G RAN与4G RAN结构类 及运维等支持能力。 似，相应承载也是前传和回传两级结构，但5G基 （3）uRLLC主要面向车联网、工业控制等 站（gNB）的接口速率和类型发生了明显变化， 垂直行业的特殊应用，要求5G无线和承载具备超 当CU、DU分设时，相应承载将演进为前传、中 2 IMT-2020(5G)推进组 5G承载需求白皮书 传和回传三级结构，如图2-1所示。 的局面，具体部署方式分为分布式无线接入网 从近期调研情况来看，在5G现网试点和商 （DRAN）和集中式无线接入网（CRAN）。 用初期，RAN网络部署将以宏站为主；随着5G 5G接入网云化将推动CU、DU和AAU分离的大 规模商用，将呈现宏站和室分基站分场景部署 规模CRAN部署。 图2-1 5G RAN分级架构 3. 5G核心网向服务型架构演进 带宽、时延、可靠性、安全性等方面存在巨大 受业务发展驱动，5G核心网将发展成为满足 差异，为适配一张网络满足千百种行业需求，运 全业务接入、服务全业务场景的云化泛在网络， 营商需要部署更加经济、绿色的网络切片技术方 采用服务化网络架构和SDN/NFV技术实现网络 案，以实现不同业务的虚拟隔离。5G核心网将全 重构，具有业务虚拟隔离（网络切片）、转发与 面支持网络切片技术，即在同一张基础物理网络 控制分离、功能分布式部署、基础设施云化等核 上，采用软硬切片实现业务逻辑隔离、动态分配 心特征。 和管理资源，适配不同业务特征需求，提供不同 （1）业务虚拟隔离：5G需要同时承载移动 的SLA，并服务于不同垂直行业应用。 互联网、高清视频、车联网、物联网、工业控制 （2）转发与控制分离：5G核心网的重构将 等各类业务应用，这些场景在移动性、计费、 遵循网络虚拟化、功能轻量化、转发和控制分离 3 IMT-2020(5G)推进组 5G承载需求白皮书 等原则。网络虚拟化有利于向全面云化的趋势进 及场馆的视频直播等本地化创新应用。 行演进；功能轻量化极大简化模块、接口和协议 （4）基础设施云化：网络云化能降低设备 的复杂度，网元功能采用模块化设计，有利于实 投资成本，利用云计算的快速部署能力进行网 现API调用，提升通用性；转发和控制分离实现 络快速配置和调整，实现业务创新。通过引入 网管的控制面和用户面分离，保障未来网络的分 SDN/NFV技术，有利于快速实现5G网络云化。 布式部署需求。 基础设施电信云是运营商进行云化转型的目标， （3）功能分布式部署：5G核心网络架构将 5G网络云化包括核心网云化、无线接入网云化和 控制面功能（CPF）和用户面功能（UPF）分 控制系统云化三部分，5G核心网的目标架构示意 离，统一的CPF（包括AMF和SMF等）部署在省 如图2-2所示。 干或大区的核心机房或数据中心（DC），实现 5G承载网需适应5G核心网架构变革带来的挑 集中管控运营，分布式的UPF可根据业务需要分 战，一是需提供层次化网络切片方案来满足不同业 布式部署在省干核心DC、本地DC或者边缘DC。 务场景的5G网络切片需求；二是需要将L3功能下移 部署在边缘DC的UPF与MEC平台融合，可以进 至UPF和MEC所在位置，从而提供网状动态连接的 行本地分流，满足低时延业务场景需求，有利于 灵活调度；三是适应5G网络云化发展趋势，支持城 按需快速部署业务，并向第三方开放用户位置、 域核心和边缘数据中心之间的互连需求。 码号、网络负荷等能力信息，拓展面向企业园区 图2-2 5G核心网目标架构示意图 4 IMT-2020(5G)推进组 5G承载需求白皮书 5G承载关键性能需求 1. 更大带宽 带宽需求暂不区分业务类型。考虑到不同厂商和不 带宽是5G承载最为基础和的关键技术指标之 同设备的5G基站能力存在一定差异，本报告选择 一。根据5G无线接入网结构特性，承载将分为前传 假设的5G单基站模型（暂不考虑基站分离）配置 （承载AAU和DU之间流量）、中传（承载DU和CU 参数作为评估基准，参考下一代移动通信网络联盟 之间流量）和回传（承载CU和核心网之间流量）。 （NGMN）带宽评估原则得出的单基站带宽需求 城域传送网按结构可划分为接入层、汇聚层和核心层 见表3-1。从评估结果中可以看出，典型5G低频单 三层。本报告分别对单基站承载带宽需求，回传带宽 基站的峰值带宽达到5Gbps量级，高频单基站的峰 需求，以及前传及中传带宽需求进行了分析和评估。 值带宽达到15Gbps量级，考虑低频和高频基站共 （一）单基站承载带宽需求：出现10GE/25GE 同部署，或高频基站单独部署情况，单基站将需要 2×10GE或25GE的承载带宽，如果基站配置的参数 接口 5G业务目前在无线侧的切片机制尚未确定， 提升，带宽需求还会相应增加。 表3-1 5G低频和高频单基站参数及承载带宽需求示例 5 IMT-2020(5G)推进组 5G承载需求白皮书 （b）模型I，汇聚层节点环形组网：DRAN （二）回传带宽需求 5G承载接入、汇聚及核心层的带宽需求与站 接入环节点个数为8，CRAN小集中节点个数为3 型、站密度、以及运营商部署策略等众多因素密 个，汇聚环节点个数为4，每对汇聚节点下挂6个 切相关，存在多种带宽需求评估模型。本报告按 接入环，核心环节点个数为4，每对核心节点带8 照业务流量基本流向选取带宽收敛比、不同层环 个汇聚环，见图3-1 (a)； 的节点个数、口字型结构上连个数、单基站配置 （c）模型II，汇聚层节点口