前言

您好，技術專家，我是一名技術支援工程師，來自 鑰匙.最近，我深入參與了 5G 網路部署和優化專案，特別是在工業物聯網和車載網路應用方面。我注意到，論壇上關於 5G 技術的討論大多停留在表面。今天，我希望從技術架構的角度，結合我們的實際部署經驗，深入探究 5G 網路的精髓，並討論實際應用中的技術挑戰。這篇文章並非針對一般讀者，而是著重於有技術背景的專業人士。其中會涉及大量的技術細節和真實的測試數據。如果您對 5G 的技術實作細節有興趣，這篇文章應該能提供有價值的見解。

5G 網路架構的深度技術分析

SA 與 NSA 架構的基本差異

很多文章都提到 SA 和 NSA，但很少有人深入分析它們在技術實作上的根本差異。從我們的實際部署經驗來看，這兩種架構的差異遠大於想像 .SA (Standalone) 獨立網路的中心是擁有完整的 5G 核心網路架構，包括：：

• AMF (存取與行動管理功能)
• UPF (使用者平面功能)
• SMF (會話管理功能)
• AUSF（驗證伺服器功能）

在此架構下，所有上行鏈路和下行鏈路連接均透過 5G 基站實現，充分釋放 5G 的核心能力，例如網路切片和邊緣運算。

.NSA（Non-Standalone）非獨立網路採用混合架構的 4G 核心網路 + 5G 基站。此架構的問題是，雖然無線存取部分採用 5G 技術，但核心網路處理能力仍受限於 4G 架構，無法達到真正的低延遲與高可靠度

.從我們的實際測試資料來看，SA 網路的延遲效能明顯優於 NSA 網路。這種差異在 URLLC 應用情境中尤其明顯。

頻譜資源分配的技術挑戰

5G 網路 採用全新的頻譜資源分配策略。從技術實施的角度來看，5G 主要使用三個頻段：

• 6GHz 以下 (主要為 3.5GHz 和 2.6GHz)
• 毫米波頻段 (24GHz-100GHz)
• 中頻 (1-6GHz)

每個頻段都有其獨特的傳播特性和應用情境。在我們的實際部署中，最常使用的是 3.5GHz 頻段，因為它能在覆蓋範圍和穿透力之間達到良好的平衡。

 

三種應用類別的深度技術分析

eMBB 技術細節與實施挑戰

eMBB（Enhanced Mobile Broadband，增強移動寬帶）作為第一個商用的5G方案，在技術實現上已經相對成熟。但從工程實踐的角度來看，eMBB 的主要挑戰包括：1.載波聚合技術 通過聚合多個載波實現更高的數據傳輸率，但這需要終端設備具有更強的信號處理能力。2.大規模 MIMO 技術 通過增加天線數量提高頻譜效率，但這也會帶來天線間干擾和信號處理複雜性的問題。3.高階調製技術 使用 256QAM 等高階調製技術提高數據傳輸效率，但對信號質量要求極高。

URLLC 技術挑戰與解決方案

URLLC (超可靠低延遲通訊) 是 5G 最具挑戰性的應用情境

從技術實作的角度來看，URLLC 所面臨的主要挑戰包括： 1.延遲控制 為了達到 1 毫秒以內的超低延遲，需要在多個層級進行最佳化：

• 物理層：採用短 TTI（傳輸時間間隔）
• MAC 層：最佳化排程演算法
• 網路層：邊緣運算部署

2.可靠度保證 為了達到 99.999% 的可靠度，要求包括

• 冗餘傳輸機制
• 快速重傳演算法
• 多路徑傳輸

在我們的車用網路專案中，自主車輛的 5G 網路涵蓋要求極為嚴格：5G RSRP≥-72dBm、信噪比 5G SINR≥18dB、延遲 <20ms

.這些指標看似簡單，但在實際部署時需要精確的網路規劃和最佳化。

MMTC 大規模連接實作

MMTC (大規模機器型通訊) 主要解決物聯網情境中的大規模連線問題

.核心技術實作挑戰包括：1.連線密度 為了在 1km² 範圍內支援 100 萬個裝置連線，需求包括：

• 新的隨機存取機制
• 最佳化資源分配演算法
• 高效信號處理

2.功耗控制 大多數 IoT 裝置需要長時間運作，要求：

• 最佳化通訊協定堆疊
• 智慧型睡眠喚醒機制
• 高效的資料壓縮演算法

實際部署的技術資料分析

華為實驗室 SA 網路測試資料深度分析

我們在華為實驗室進行了詳細的 SA 網路測試，測試資料揭示了 5G 網路效能與訊號品質之間的關係

:Hangzhou Test Point：

• 訊號強度：-72dBm
• 訊噪比：34dB
• 下行速率：826.4Mbps
• 上行鏈路速率：743.4Mbps
• 延遲：17.8 毫秒
• 抖動：0.000%

深圳測試點：

• 訊號強度：-98dBm
• 訊噪比： 22dB
• 下行速率：456.4Mbps
• 上行鏈路速率：406.7Mbps
• 延遲：18.3 毫秒

成都測試點：

• 訊號強度：-111dBm
• 訊噪比：10dB
• 下行速率：233.5Mbps
• 上行鏈路速率：236.4Mbps
• 延遲：22.1 毫秒

武漢測試點：

• 訊號強度：-118dBm
• 訊噪比：5dB
• 下行速率：137.3Mbps
• 上行鏈路速率：137.4Mbps
• 延遲：21.3 毫秒

這套資料揭示了幾個重要的模式：

1. 訊號強度與吞吐量之間的非線性關係：訊號強度從 -72dBm 降至 -98dBm 會導致吞吐量減少約 45%；但從 -98dBm 降至 -111dBm 時，吞吐量會減少約 49%。這顯示 5G 網路對訊號品質極為敏感。

2. 信噪比的臨界值：當信號雜訊比低於 10dB 時，網路效能會急遽降低。這與 5G 所採用的高階調變技術有關。

3. 延遲相對穩定：即使在訊號品質不佳的情況下，延遲變化也相對較小，反映出 5G 網路在延遲控制上的優勢。

選擇 SIM 卡的技術考量

在 5G 網路部署中，SIM 卡的選擇經常被忽略，但這其實是一個重要的技術決策點

.物聯網卡的技術特性

• 工業溫度範圍：-40°C 至 +85°C
• 更高的抗震能力
• 使用壽命較長 (通常為 10 年以上)
• 專屬 APN 存取

固定 IP 的技術優勢：從網路架構的角度來看，固定 IP 不只是管理上的便利，更重要的是

• 減少 NAT 轉換開銷
• 連線建立時間較短
• 改善端對端資料傳輸效率
• 支援更複雜的安全政策

對於汽車應用，我們強烈建議使用工業級和汽車級規格或更高規格的嵌入式 SIM 卡，因為汽車環境中的震動和溫度變化對 SIM 卡的可靠性提出了極高的要求。

• 

 

公用與專用網路的技術差異

公共網路部署的技術挑戰

公共網路 5G 技術特性：

• 共用基礎架構，成本相對較低
• 網路容量會受到使用者密度的顯著影響
• 安全性取決於公共網路安全機制
• 難以保證服務品質

專用網路部署的技術優勢

專用網路 5G 的核心優勢：

• 獨立網路切片、資源隔離
• 可控制的服務品質
• 更高的安全性
• 客製化網路功能

根據我們的部署經驗，對於關鍵業務應用程式而言，專用網路部署雖然成本高昂，但在可靠性和安全性方面卻有明顯的優勢。

5G 在以下領域的深度應用 工業 IoT

 

 

網路切片技術的實際應用

網路切片是 5G 的核心技術之一，允許在相同的實體網路基礎架構上建立多個邏輯上獨立的網路。在工業 IoT 應用中，我們通常會建立幾種類型的切片：1.控制切片：用於即時控制訊號，需要超低延遲 2. 資料片：用於大量資料傳輸，需要高吞吐量 3. 管理片：用於設備管理和監控，要求高可靠性

邊緣運算與 5G 的整合

5G 與邊緣運算的結合是實現工業 4.0 的關鍵技術。在我們的實際部署中，邊緣運算節點通常部署在以下位置：

• 工廠內的邊緣資料中心
• 5G 基地台附近的邊緣裝置
• 車內的邊緣運算單元

此架構可將資料處理的延遲時間縮短至 5 毫秒以下，滿足工業控制的即時需求。

技術前景與挑戰

6G 技術的發展方向

雖然 5G 尚未完全成熟，但 6G 的研發已經開始。從技術發展趨勢來看，6G 將著重於解決：

• 太赫茲通訊技術
• 空-空-地整合網路
• 全息通訊
• 腦機介面通訊

目前的技術挑戰

1. 能源消耗問題：5G 基地台的能源消耗是 4G 的 3-4 倍
2. 覆蓋成本：毫米波覆蓋範圍小，需要更密集的基地台部署
3. 終端成本：5G 晶片成本居高不下
4. 標準化：不同廠商設備之間的互操作性需要進一步改善

總結

5G 網路不只是通訊技術的升級，而是技術生態的全面重構。從我們的實際部署經驗來看，5G的真正價值在於能夠支持多樣化的應用場景，特別是在工業物聯網和車載網絡方面。然而，5G的部署和優化是一項複雜的系統工程，需要從網絡架構、頻譜資源、終端設備等多個維度進行綜合考量。只有深刻理解 5G 的技術精髓，才能在實際應用中充分發揮其優勢。希望本文能為大家提供有價值的技術參考。如果您有具體的技術問題，歡迎在評論區討論。