第 3 章 5G UDN 技术概述

第十九节：3GPP相应的5G UDN场景及性能需求

| 3.4　5G系统的功能架构概述|

4G 异构微蜂窝和 LTE UDN 是进一步理解和发展 5G UDN 的基础，4G 异 构微蜂窝网络中面临的诸多问题，以及已经解决实现的技术手段，在 5G UDN 中基本也都要同样面对解决，以及进一步地增强演进。相比 4G 异构网络，5G UDN 中的网络节点类型更多，如 eNB、gNB、ng-eNB，未来还可能有下一代 WLAN AP，RN 功能节点等；5G UDN 需要服务的业务类型也更多，如从对 系统容量和用户峰值要求更高的大视频和 VR 业务，到 MICO 类型终端超窄带 类业务；5G UDN 中的网络节点，在空间域部署的密集度会更高，在频域聚合 的跨度会更大。尽管上述诸多差别，但从系统功能架构的层面看，5G 主要的网 络节点和 4G 的还是比较类似。如图 3-14 所示，5G 无线接入网 NG-RAN 侧的基本功能和 LTE eNB 的差别并不大；但核心网 5GC 侧的基本功能和 LTE EPC 差别较大，进行了重构划分。基于 PDU 会话，新 QoS 机制的新业务服务 架构，有利于实现固网和移动业务的融合和推动不同厂商阵营的 IT 和 CT 网络 平台技术之间的融合。
聚焦在 NG-RAN 内部的主要系统功能，随着 5G UDN 中小小区在空间域 和频域上部署得更加密集，Inter Cell RRM 功能需要显著地增强，比如，小小 区间的协同协作和无线资源聚合等。RB 控制功能增强体现在对新 QoS 服务架 构、PDU 会话和 DRB 之间灵活映射和管理方面，还有在双 / 多连接操作下， 对 QoS Flow/DRB/PDU 会话不同粒度对象分流的支持。Connection Mobility 控制功能增强体现在：优化小小区间的切换和重选流程，尽量做到无损、无中断，移动中安全机制增强等。Radio Admission 控制功能增强体现在：对业 务负荷的接纳和均衡管控方面。Measurement 功能增强体现在：新的 RRM 测量架构和对高频小区内的粒度对象的测量和选择等；Dynamic Resource Allocation 功能增强体现在：基站能够以更灵活、更小的资源粒度（RE， Resource Element），更动态地分配和使用无线时频资源块，以适应不同类型 终端和服务多元业务混搭下的情况，比如，选择超宽 Numerology 和超短 TTI 对应的时频资源块，去服务 URLLC 类型业务的逻辑信道。在 NR 频域维度， 最小的资源粒度为 PRB（仍然对应于 12 个子载波），然后是 PRB Group，之 后再是部分子带宽（BWP，Bandwidth Part），再到单载波工作全带宽。在帧 结构设计方面，NR 强调更灵活的 TDD 帧结构。过去 LTE 能提供 7 种不同的 DL/UL 子帧配比和 10 种特殊的子帧配置，但这些 TDD 子帧配置大部分情况 下是小区公共的。NR 拥有比 LTE 更灵活的帧结构（比如有更多的上下行子帧 配置，转换周期为 0.5、1、2、5 和 10 ms），以更好地适应不同频段内不同业 务部署的需求，NR 中 TDD 子帧配置大部分情况下还可以是 UE 专有配置，如 此就能更好适配不同 UE 的业务特性。

在后面的章节中，笔者将会进一步展开介绍，上述 NG-RAN 侧的主要系 统功能，主要涉及网络部署方式、各种网络接口、空口高层和空口物理层这四 大方面。受限于本书的篇幅，核心网 5GC 侧的主要系统功能将不在本书中进行 详细的介绍，但这并不代表它们和 5G UDN 部署无关。

| 3.5　5G UDN物理层关键使能技术|

5G NR 新蜂窝系统，自物理层机制设计之初，即充分考虑了未来 5G UDN 部署应用的情况，因此 5G NR 物理层的各种关键使能技术，本身就为 5G UDN 打下了良好的基础。5G UDN 本身是一大类部署场景，其相关物理层的解决方 案和关键技术有许多种。在 IMT-2020 推进组的研究阶段，有三大类关键使能 技术被识别出很有潜力。需要指出的是，这些技术当中，有些需要进行空口物 理层和高层的标准化，有些则是属于基站或者终端内部实现的问题。
第一类是无线接入链路和回程链路的联合设计。如上节所述，无线回程能 够大大提高小小区 TxRP 的灵活部署，有的放矢地满足局部地域用户的高速率 需求。在这类技术中，混合分层回程、无线回程的多路径设计及路由机制、无 线接入与回程链路的联合设计 / 优化等。2017 年 3 月 3GPP 批准了一项研究项 目：无线接入与回程链路结合（IAB，Integrated Access and Backhaul），在 工作组的研究将于 2018 年 2 月开始。
第二类是无线干扰管理与抑制。从第 3.1 节的仿真可以清楚地看出，通过 部署更多的小小区（小区分裂），从一定程度上能够提高单位面积上的系统容 量。但是随着小小区的密度达到某个临界值，再增加小小区的密度，则会使小 区间干扰急剧升高，总系统容量反而下降。这类技术当中有：分布式干扰测量、 频域协调、功率协调、多维联合干扰管理和多小区协同。在 3GPP 中，相关标 准化工作体现在 Rel-15 中的动态 TDD 系统，主要应用于小小区。动态 TDD 能够更加及时地调整系统上下行的资源配比，提高资源利用率。但当小小区的 部署密度增高，小区间干扰加剧，在动态 TDD 系统存在终端与终端之间的干 扰，因此小区密度升高所造成的影响尤为严重。动态 TDD 下的干扰管理与抑 制分成基站侧和终端侧两个方面，对于基站侧，因为其干扰测量一般无需通 过空口进行上报或者协调，通常认为是各个系统设备厂商的实现问题。但对于 终端侧，其干扰测量需要上报给系统。因此有相应的标准化工作。在 Rel-15 有一些初步的研究成果，但由于其优先级较低，考虑在未来的版本完成相应的 标准。
第三类是波束管理，一般用于中高频通信，例如，30 GHz 或者 70 GHz 频 段。在 3GPP，Rel-15 对波束管理进行了大量的标准化工作，主要体现在多天线（MIMO）领域和初始接入 / 移动性管理领域。传统多天线技术的目的是提 高业务信道的传输效率，波束赋形在高频段通常采用模拟波束，Rel-15 MIMO 中的一些信道反馈机制反映了这个特点。在波束域上完成初始接入 / 移动性管 理在标准上是一个全新的技术，广度上几乎覆盖了一半左右的物理信道设计， 涉及同步信道、测量参考信号、随机接入信道、寻呼过程等。