第 3 章 5G UDN 技术概述
第十六节：Pre5G概念简介
5G UDN 的核心特点，可用 4 个词来高度抽象地概括，基站小型化、 小区密集化、节点多元化和高度协作化。5G UDN 以 4G LTE 微蜂 窝和小小区的技术为雏形基础，总目标发展成系统容量更大、综合性能 佳、成本更低、更加智能的异构蜂窝网络。
随着各种智能终端和移动业务应用的广泛普及和深入，在过去 10 年中，移 动通信业务的数据量，经历了爆发式的增长。业界普遍认为，未来的蜂窝移动 网络将是一个全移动化、万物互联的大异构网络。为了满足未来不断增长的新 系统容量和无线覆盖的需求，5G 系统从下面的三大维度进行了深入研究。移动 通信的发展历史表明，小区分裂叠加（蜂窝移动小区在空间域、频域的部署和覆盖变得更多更密集）、更大的系统工作带宽（单个服务小区能够支持更宽的载 波资源）、更高的无线频谱效率（利用 5G 各种更先进的物理层技术进一步提升 谱效）是无线系统容量提升的三大关键支柱，同时也能提升蜂窝移动无线覆盖 的广度和深度。图 3-1 为业界有名的蜂窝系统容量立方图，形象地说明了这一发展规律。
5G 系统仍将依托于这三大支柱来实现网络容量和性能快速增长的目标，比 如，开发具有更大带宽的中高频载波资源、增强的载波聚合和多连接技术、采 用更大规模的多入多出传输技术（Massive MIMO）、波束赋形定向技术、新的 空口波形、新的调制编码技术（如 NR 物理数据信道采用 LDPC 码，物理控制 信道采用 Polar 码）等来进一步提高无线频谱效率。但是沿着“大带宽”和“高 频谱效率”的维度发展，由于伴随着较大的研发复杂度和硬软件成本，通常有 相应的工程实现方面的极限，从而系统增益每向前推进 1 倍，都会耗费较大的 研发投入或 IPR 专利风险。而与“大带宽”和“高频谱效率”相对比，“小区密 集化”部署和 UDN 技术，则更显得直截了当和立竿见影，更容易凸显出成熟 系统已有成熟设备的稳定性优势和市场研发规模效应。客观上，随着更高频率 （比如可高达 100 GHz）资源的开发使用，5G 高频服务小区通常都以小小区方 式部署的，由于小小区天然的无线覆盖小，因此为了获得高频的连续覆盖，密 集化部署方式势在必行。通过结合利用过去各种已成熟的高度协作机制，如干 扰协调抑制技术、载波聚合技术、多连接、协作多点传输等先进技术，小小区 的密集化部署更容易以低成本、高性能的方式为 5G 大异构网络带来强大的系 统容量和无线覆盖，还有提升用户通信体验其他诸多方面的增益。
| 3.1 IMT-2020定义的5G UDN应用场景性能指标与现有技术的差距
5G UDN 一系列相关技术的研究，都是以具体的部署场景为驱动的，要求 能对各种场景先建模仿真，尽可能反映客观物理环境。计算机模拟仿真处理能 力的巨大提升，使得这一研究方法成为可能。在现实生活中，各种具体的部署 应用场景种类繁多、数量巨大，但很多场景从模型的实质和“用例性原则”的 角度看，相似度很高，待解决的核心问题及使用的关键技术手段都具有共性。 因此最好能根据待研究对象目标，对模型本质上相似的场景进行抽象、概括和 归类。
根据蜂窝业务应用场景的统计性特点、无线干扰情况及信道传播环境，中 国 IMT-2020 组织归纳出了六大类典型的 5G UDN 部署应用场景如图 3-2 所 示，即密集住宅区或街区、办公室、购物中心 / 火车站 / 机场、体育场 / 集会、 公寓、地铁。下面将先简要介绍这些主要场景下的无线环境特点、用户分布业 务特点、网络回程条件、参考信道模型等，以及所面临的关键技术问题。
场景一：密集住宅区或街区
该场景下，同时存在室内相对静止状态及室外低速游牧状态的终端用户， 终端的分布密度较高，上下行业务数据流量比较均衡。这个场景中的蜂窝业务 类型丰富多样，包括视频业务、FTP 业务、网页浏览、实时游戏等，需要针对 混合类业务的数据传输进行研究。在高密度部署基站节点的情况下，系统的边 缘问题（包括干扰协调及移动性管理）将变得更加突出。如何有效地解决小区 边缘问题，让不同物理位置的终端都有一致的、高质量的用户通信体验，这是 场景一中重点待研究的问题之一。
由于住宅用户对基站类设施和电磁辐射较敏感，基站节点的有效部署、管 理和维护是这个场景面临的另一个挑战。无线自回程技术使基站节点的灵活部 署成为可能，极大地降低了网络的投资运营成本。无线自回程链路的容量增强 也是一个需要研究的问题，因为在使用无线自回程部署基站节点时，除了接入 链路之间的干扰，还需要考虑回程链路之间以及回程链路与接入链路之间的干 扰，因此，如何识别不同特征的干扰并实现有效的干扰管理及控制，也是这一 场景需要解决的关键问题。
如何利用街道两旁室内的基站节点，为室内外的终端用户一起提供接入服 务，它可以充分利用室内现有的有线回程链路（通常为非理想的回程链路），进 一步降低部署成本。图 3-3 所示为利用室内基站节点，去覆盖室外终端用户的 可行性评估。比如，当 RSRP 接入门限为 -105 dBm 时，室内 LPN 能够覆盖到室外 23m 的范围，基本可以满足密集街区的覆盖要求。
密集住宅区或街区场景环境下的参考信道模型示意如下。
（1）大尺度路径损耗 宏基站：ITU UMa，小基站：ITU UMi；宏基站：3D UMa，小基站：3D UMi。
（2）小尺度衰落 宏基站：ITU UMa，小基站：ITU UMi；宏基站：3D UMa，小基站：3D UMi。
（3）穿透损耗（参考小小区穿透损耗） 2 GHz 室内 UE：20 dB + 0.5din；3.5 GHz 室内 UE：23 dB + 0.5din； 室外 UE：0dB。
（4）室外 ITU UMa，ITU UMi 或 METIS UMa，METIS UMi。
（5）室内： ITU InH 或 METIS InH 或 3GPP Dual Strip。
场景二：办公室
办公室为室内中等用户密度的场景，终端主要处于相对静止状态，以 FTP 类业务或视频通信类业务为主，受限于工作环境，蜂窝业务类型一般不会特别 的混搭多样。这一场景一般通过室内高密度部署的 LPN 节点，来提供高质量、 高容量的数据传输服务（通常办公环境要比家用环境的网络性能要求更高）。如果办公区域内无厚墙的阻隔，小区间的干扰较为严重。办公室场景的物理范围有限，多为企业级应用，有条件部署理想的有线回程链路，且高部署成本可以 接受。因此，这个场景可以在理想回程链路的假设条件下展开研究，有可能达到 5G UDN 的容量和性能上限。高密集部署会使得每个基站节点服务的终端数 降低，某些基站节点可能会处于中、低负载状态，且产生上下行业务数据量不对称和波动较大。为了在上下行业务数据量波动时，能充分地利用无线资源，该场景有可能使用上下行资源动态分配技术。因此，除了同方向干扰以外，还可能出现上下行链路之间的互干扰。
办公室场景环境下的参考信道模型示意如下。
（1）大尺度路径损耗
- 2 GHz 小基站：3GPP Dual Strip；
- 3.5 GHz 小基站：3GPP Dual Strip。
（2）小尺度衰落
小基站：ITU InH。
（3）穿透损耗
- 2 GHz 室内 UE：20 dB + 0.5din；
- 3.5 GHz 室内 UE：23 dB + 0.5din；
- 不同层间穿透 18.3 n［（n+2）/（n+1） -0.46］dB，参考 3GPP Dual Strip 中对层间穿透的计算；
- 内墙损耗 5 dB，参考 3GPP Dual Strip 中对内墙穿透的计算。
