5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特點分析及無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的研究

國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心 歐陽潔

引言

2018年6月，3GPP（3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴計劃）全會在美召開，進(jìn)一步推進(jìn)了第五代移動通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（5G NR）的發(fā)展?；诖?，在當(dāng)前提倡構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國，注重信息化深化建設(shè)的背景下，有必要加強(qiáng)5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特點分析及無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的研究。

1.5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特點分析

1.1 5G網(wǎng)絡(luò)特點

5G網(wǎng)絡(luò)是4G網(wǎng)絡(luò)的延伸與升級，是指下一代無線網(wǎng)絡(luò)。隨著信息化、大數(shù)據(jù)時代的發(fā)展，“萬物物聯(lián)”成為移動通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)代化建設(shè)與新時代發(fā)展的新要求，而要想實現(xiàn)“萬物物聯(lián)”，需促進(jìn)4G時代向5G時代的科學(xué)、有效演進(jìn)。相對于4G網(wǎng)絡(luò)而言，5G網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建意味著移動通信數(shù)據(jù)傳輸速遞的大幅度提升。在5G網(wǎng)絡(luò)中，可實現(xiàn)不同設(shè)備之間的有效通信，在同一基站下滿足多元化用戶設(shè)備移動通信需求，包括手機(jī)、平板電腦、健身跟蹤器、智能手表等[1]。并在此基礎(chǔ)上，改善用戶設(shè)備端與無線網(wǎng)絡(luò)端、互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器之間的連接性能，實現(xiàn)更多數(shù)據(jù)與使用率的支持。此外，5G網(wǎng)絡(luò)將進(jìn)一步提升空間無線資源利用率，改善移動通信過程中高頻段頻譜資源應(yīng)用差的問題，實現(xiàn)資源科學(xué)配置，在保證通信質(zhì)量的同時，降低運(yùn)營成本。

1.2 5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特點

在5G網(wǎng)絡(luò)中，根據(jù)業(yè)務(wù)需求與應(yīng)用場景存在的差異性，ITU（International Telecommunication Union，國際電信聯(lián)盟）在《5G白皮書》中將確定了5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用的三個大場景：一是e MBB（Enhance Mobile Broadband，增強(qiáng)移動寬帶）場景，主要是指在現(xiàn)有的移動寬帶業(yè)務(wù)場景下，以提升用戶體現(xiàn)為目標(biāo)，進(jìn)行5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用與無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃；二是m MTC（massive Machine Type of Communication，大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)或海量機(jī)器類通信）場景，該場景在6GHz以下頻段進(jìn)行應(yīng)用與發(fā)展，側(cè)重于人與物之間的有效交互，是基于物聯(lián)網(wǎng)下，以NB-IoT技術(shù)為核心技術(shù)，以支持規(guī)模較大、能耗要求損耗低、成本低的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備高效接入與管理為目標(biāo)的應(yīng)用場景，包括智慧城市、智慧家居、環(huán)境智能監(jiān)測等；三是u RLLC（Ultra-high reliability ultra-low delay communication，超高可靠超低時延通信）場景，主要是指對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用可靠性、時延等具有較高要求的場景，在工業(yè)控制、機(jī)車自動駕駛等高度延遲敏感型業(yè)務(wù)中具有廣泛應(yīng)用，如車聯(lián)網(wǎng)、自動駕駛控制、遠(yuǎn)程工業(yè)控制等，可支持高精密度與高安全要求的業(yè)務(wù)實踐操作[2]。

因此，在“萬物互聯(lián)”移動通信需求下，面對5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)所應(yīng)具有的高強(qiáng)體驗性、高數(shù)據(jù)傳輸效率性、多元化應(yīng)用場景的性能要求，實現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)熱點高容量、低成本高速率、低時延高可靠、低功耗廣覆蓋成為5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的主要特征與必然訴求。而隨著5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展需求與前景的明確，5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)國際標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)制定工作的完善，5G網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)需多的進(jìn)一步發(fā)展，實現(xiàn)多種關(guān)鍵技術(shù)集成應(yīng)用，如空口技術(shù)、路線與場景技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)等。

就新型空口技術(shù)而言，主要側(cè)重于提升頻譜效率。以大規(guī)模MIMO（Multiple-Input Multiple-Output，多輸入多輸出系統(tǒng)）技術(shù)為例，大規(guī)模MIMO技術(shù)的有效應(yīng)用，能夠有效改善通信質(zhì)量，構(gòu)成數(shù)量巨大的天線陣列，實現(xiàn)多天線、多用戶設(shè)備發(fā)送信號與接受信號的傳輸，降低小區(qū)間存在的干擾，提升系統(tǒng)通信容量與頻譜效率。又如，5G低頻新空口技術(shù)的應(yīng)用，可有效實現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)的連續(xù)廣覆蓋，實現(xiàn)在低時延高可靠、低功耗大連接等性能要求場景中的科學(xué)應(yīng)用。例如，在連續(xù)廣覆蓋的應(yīng)用場景中，應(yīng)用5G低頻新空口技術(shù)，可實現(xiàn) 6 GHz以下低頻信道的數(shù)據(jù)傳輸，并將用戶體驗速率提升至100Mbit/s以上。與此同時，5G低頻新空口技術(shù)支持C/U分離（轉(zhuǎn)控分離）實現(xiàn)傳統(tǒng)BRAS資源利用率不高、新業(yè)務(wù)上線遲緩、運(yùn)維困難等問題的高效處理，提升小站控制質(zhì)量與水平。

就面向5G網(wǎng)絡(luò)的場景技術(shù)而言，側(cè)重于低時延高可靠、低功耗大連接、連續(xù)廣域覆蓋、熱點高容量等無線組網(wǎng)演進(jìn)過程中各問題的有效處理與解決。例如，高頻段頻譜資源的傳播特征在一定程度上決定了高頻段傳輸路徑對資源消耗較大，對此可通過應(yīng)用高頻通信技術(shù)、終端直連技術(shù)等進(jìn)行系統(tǒng)近距數(shù)據(jù)傳輸，從而提升高頻段頻譜效率，降低終端對資源的消耗與自身功率的損耗。又如，基于高低頻段協(xié)作理論、超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)理論，依托干擾識別、干擾控制、無線前傳/回傳等關(guān)鍵技術(shù)，滿足5G網(wǎng)絡(luò)通信的信號容量與傳輸速率需求，降低不利因素對系統(tǒng)運(yùn)行的不利影響。

就5G無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)而言，5G無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的科學(xué)搭建對提升5G無線網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量，滿足e MBB應(yīng)用場景、m MTC應(yīng)用場景、u RLLC應(yīng)用場景性能需求與前傳/回傳帶寬需求具有直接影響作用。通常情況下，SG時代又被稱之為“云時代”，因此在5G網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)與部署過程中，需基于SDN（軟件定義網(wǎng)絡(luò)）/NFV（網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）與“云”進(jìn)行通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)重構(gòu)。在此過程中，可將5G基站功能進(jìn)行細(xì)化，形成CU（Centralized Unit，控制單元）與DU（Distributed Unit，分布式單元）兩個功能實體，其中控制單元側(cè)重于非實時無線高層協(xié)議的管控，推動5G無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的云化發(fā)展；分布式單元側(cè)重于物理層功能與實時性業(yè)務(wù)需求的管控，促進(jìn)5G無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的專用化發(fā)展，提升系統(tǒng)高密度數(shù)學(xué)計算能力。與此同時，引用SDN/NFV，提升CU-DU分離架構(gòu)下，系統(tǒng)端到端資源的科學(xué)配置，能夠根據(jù)不同應(yīng)用場景，進(jìn)行CU/DU功能調(diào)整。

2.基于5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)下的無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

2.1 認(rèn)知5G接入網(wǎng)架構(gòu)對無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃布局的影響

在5G接入網(wǎng)架構(gòu)重構(gòu)之后，將在一定程度上對無線接入網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行形態(tài)產(chǎn)生影響，如實現(xiàn)傳統(tǒng)無線接入網(wǎng)BBU（Building Baseband Unit，室內(nèi)基帶處理單元）向CU/DU的妝花，促進(jìn)RRU（Radio Remote Unit，遠(yuǎn)端射頻模塊）與無線網(wǎng)絡(luò)天線的有效融合，形成AAU一體化模式，促進(jìn)5G無線接入網(wǎng)的云化發(fā)展，提升系統(tǒng)專業(yè)性、智能性。對此，傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)方案、無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃思路與網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維體系已經(jīng)無法滿足實際需求，需對其進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)5G接入網(wǎng)架構(gòu)特征與5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)實際需求，進(jìn)行布局。

2.2 基于5G接入網(wǎng)架構(gòu)特征，實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)科學(xué)布局

面向5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用下的無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，應(yīng)根據(jù)5G接入網(wǎng)核心建設(shè)模式特征以及影響5G接入網(wǎng)核心建設(shè)模式的關(guān)鍵因素，遵循預(yù)先規(guī)劃、配套先行等冤魂則，結(jié)合本區(qū)域業(yè)務(wù)需求，進(jìn)行5G C-RAN匯聚機(jī)房的科學(xué)規(guī)劃。與此同時，由于5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的部署質(zhì)量與水平在一定程度上與5G頻譜措施的應(yīng)用存在密切關(guān)聯(lián)性。對此，應(yīng)從5G頻譜措施出發(fā)，提升無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的科學(xué)性。通常情況下，5G網(wǎng)絡(luò)頻段可分為低頻段與高頻段兩種類型。在低頻段中，需以解決6 GHz以下低頻段資源不足問題為目標(biāo)，采用行之有效的措施與策略進(jìn)行處理。例如，提升6 GHz以下低頻段頻譜數(shù)量；就現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)經(jīng)驗，進(jìn)行2G/3G/4G退頻退網(wǎng)科學(xué)規(guī)劃，注重零散頻段頻率的重耕；從5G系統(tǒng)“空域、碼域、頻域”出發(fā)，應(yīng)用5G空口關(guān)鍵技術(shù)等進(jìn)行頻譜使用效率的提升。在高頻段中，應(yīng)對高頻段無線傳播情況與需求進(jìn)行全面了解，結(jié)合“理想異構(gòu)化網(wǎng)絡(luò)”構(gòu)建要求，進(jìn)行基站科學(xué)選址，并根據(jù)5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用場景進(jìn)行組網(wǎng)技術(shù)的科學(xué)選用，盡可能實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)干擾的最大化控制。同時，采用高低頻段混合組網(wǎng)形式，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化，實現(xiàn)上行覆蓋能力的強(qiáng)化。

2.3 組織開展試點工作，基于試點提升接入網(wǎng)業(yè)務(wù)體驗性能

關(guān)于無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，可通過組織開展試點工作加強(qiáng)對5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、5G組網(wǎng)技術(shù)的認(rèn)知，明確“雙網(wǎng)”融合發(fā)展下，對5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)部署的影響，掌握5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計先進(jìn)技術(shù)。與此同時，在試點研究與經(jīng)驗總結(jié)下，以滿足用戶通信需求，提升用戶接入網(wǎng)業(yè)務(wù)體驗性能為目標(biāo)，改善無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、建設(shè)、管理存在的不足。

3.結(jié)論

總而言之，5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的延伸，推動了移動通信向更高層面的進(jìn)步與發(fā)展，是實現(xiàn)“萬物互聯(lián)”的重要手段。本文通過分析與研究5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特點及無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，用以進(jìn)一步認(rèn)知5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特點與關(guān)鍵技術(shù)，促進(jìn)寬帶無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)范和仿真技術(shù)研究的科學(xué)發(fā)展，實現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)科學(xué)部署，滿足移動通信需求，提升通信領(lǐng)域競爭力。