5G UDN物理层关键使能技术 | 带你读《5G UDN(超密集网络)技术详解》之二十

简介: 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

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。
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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。

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