5G網絡技術特點分析及無線網絡規劃的研究

國家知識產權局專利局專利審查協作廣東中心 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，進一步推進了第五代移動通信技術標準（5G NR）的發展。基于此，在當前提倡構建網絡強國，注重信息化深化建設的背景下，有必要加強5G網絡技術特點分析及無線網絡規劃的研究。

1.5G網絡技術特點分析

1.1 5G網絡特點

5G網絡是4G網絡的延伸與升級，是指下一代無線網絡。隨著信息化、大數據時代的發展，“萬物物聯”成為移動通信網絡現代化建設與新時代發展的新要求，而要想實現“萬物物聯”，需促進4G時代向5G時代的科學、有效演進。相對于4G網絡而言，5G網絡的構建意味著移動通信數據傳輸速遞的大幅度提升。在5G網絡中，可實現不同設備之間的有效通信，在同一基站下滿足多元化用戶設備移動通信需求，包括手機、平板電腦、健身跟蹤器、智能手表等[1]。并在此基礎上，改善用戶設備端與無線網絡端、互聯網服務器之間的連接性能，實現更多數據與使用率的支持。此外，5G網絡將進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用差的問題，實現資源科學配置，在保證通信質量的同時，降低運營成本。

1.2 5G網絡技術特點

在5G網絡中，根據業務需求與應用場景存在的差異性，ITU（International Telecommunication Union，國際電信聯盟）在《5G白皮書》中將確定了5G網絡技術應用的三個大場景：一是e MBB（Enhance Mobile Broadband，增強移動寬帶）場景，主要是指在現有的移動寬帶業務場景下，以提升用戶體現為目標，進行5G網絡技術的應用與無線網絡規劃；二是m MTC（massive Machine Type of Communication，大規模物聯網或海量機器類通信）場景，該場景在6GHz以下頻段進行應用與發展，側重于人與物之間的有效交互，是基于物聯網下，以NB-IoT技術為核心技術，以支持規模較大、能耗要求損耗低、成本低的物聯網設備高效接入與管理為目標的應用場景，包括智慧城市、智慧家居、環境智能監測等；三是u RLLC（Ultra-high reliability ultra-low delay communication，超高可靠超低時延通信）場景，主要是指對網絡技術應用可靠性、時延等具有較高要求的場景，在工業控制、機車自動駕駛等高度延遲敏感型業務中具有廣泛應用，如車聯網、自動駕駛控制、遠程工業控制等，可支持高精密度與高安全要求的業務實踐操作[2]。

因此，在“萬物互聯”移動通信需求下，面對5G網絡技術所應具有的高強體驗性、高數據傳輸效率性、多元化應用場景的性能要求，實現5G網絡技術熱點高容量、低成本高速率、低時延高可靠、低功耗廣覆蓋成為5G網絡技術的主要特征與必然訴求。而隨著5G網絡技術發展需求與前景的明確，5G網絡技術國際標準、國家標準制定工作的完善，5G網絡關鍵技術需多的進一步發展，實現多種關鍵技術集成應用，如空口技術、路線與場景技術、無線網絡架構技術等。

就新型空口技術而言，主要側重于提升頻譜效率。以大規模MIMO（Multiple-Input Multiple-Output，多輸入多輸出系統）技術為例，大規模MIMO技術的有效應用，能夠有效改善通信質量，構成數量巨大的天線陣列，實現多天線、多用戶設備發送信號與接受信號的傳輸，降低小區間存在的干擾，提升系統通信容量與頻譜效率。又如，5G低頻新空口技術的應用，可有效實現5G網絡的連續廣覆蓋，實現在低時延高可靠、低功耗大連接等性能要求場景中的科學應用。例如，在連續廣覆蓋的應用場景中，應用5G低頻新空口技術，可實現 6 GHz以下低頻信道的數據傳輸，并將用戶體驗速率提升至100Mbit/s以上。與此同時，5G低頻新空口技術支持C/U分離（轉控分離）實現傳統BRAS資源利用率不高、新業務上線遲緩、運維困難等問題的高效處理，提升小站控制質量與水平。

就面向5G網絡的場景技術而言，側重于低時延高可靠、低功耗大連接、連續廣域覆蓋、熱點高容量等無線組網演進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，對此可通過應用高頻通信技術、終端直連技術等進行系統近距數據傳輸，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，基于高低頻段協作理論、超密集異構網絡組網理論，依托干擾識別、干擾控制、無線前傳/回傳等關鍵技術，滿足5G網絡通信的信號容量與傳輸速率需求，降低不利因素對系統運行的不利影響。

就5G無線網絡架構技術而言，5G無線網絡架構的科學搭建對提升5G無線網絡通信質量，滿足e MBB應用場景、m MTC應用場景、u RLLC應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網絡重構與部署過程中，需基于SDN（軟件定義網絡）/NFV（網絡功能虛擬化）與“云”進行通信網絡架構重構。在此過程中，可將5G基站功能進行細化，形成CU（Centralized Unit，控制單元）與DU（Distributed Unit，分布式單元）兩個功能實體，其中控制單元側重于非實時無線高層協議的管控，推動5G無線網絡架構的云化發展；分布式單元側重于物理層功能與實時性業務需求的管控，促進5G無線網絡架構的專用化發展，提升系統高密度數學計算能力。與此同時，引用SDN/NFV，提升CU-DU分離架構下，系統端到端資源的科學配置，能夠根據不同應用場景，進行CU/DU功能調整。

2.基于5G網絡技術下的無線網絡規劃

2.1 認知5G接入網架構對無線網絡規劃布局的影響

在5G接入網架構重構之后，將在一定程度上對無線接入網設備運行形態產生影響，如實現傳統無線接入網BBU（Building Baseband Unit，室內基帶處理單元）向CU/DU的妝花，促進RRU（Radio Remote Unit，遠端射頻模塊）與無線網絡天線的有效融合，形成AAU一體化模式，促進5G無線接入網的云化發展，提升系統專業性、智能性。對此，傳統的無線網絡規劃建設方案、無線網絡規劃思路與網絡運維體系已經無法滿足實際需求，需對其進行調整，根據5G接入網架構特征與5G網絡建設實際需求，進行布局。

2.2 基于5G接入網架構特征，實現無線網絡科學布局

面向5G網絡技術應用下的無線網絡規劃，應根據5G接入網核心建設模式特征以及影響5G接入網核心建設模式的關鍵因素，遵循預先規劃、配套先行等冤魂則，結合本區域業務需求，進行5G C-RAN匯聚機房的科學規劃。與此同時，由于5G網絡架構的部署質量與水平在一定程度上與5G頻譜措施的應用存在密切關聯性。對此，應從5G頻譜措施出發，提升無線網絡規劃的科學性。通常情況下，5G網絡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，采用行之有效的措施與策略進行處理。例如，提升6 GHz以下低頻段頻譜數量；就現有的網絡演進經驗，進行2G/3G/4G退頻退網科學規劃，注重零散頻段頻率的重耕；從5G系統“空域、碼域、頻域”出發，應用5G空口關鍵技術等進行頻譜使用效率的提升。在高頻段中，應對高頻段無線傳播情況與需求進行全面了解，結合“理想異構化網絡”構建要求，進行基站科學選址，并根據5G網絡技術應用場景進行組網技術的科學選用，盡可能實現網絡干擾的最大化控制。同時，采用高低頻段混合組網形式，進行網絡性能優化，實現上行覆蓋能力的強化。

2.3 組織開展試點工作，基于試點提升接入網業務體驗性能

關于無線網絡規劃，可通過組織開展試點工作加強對5G網絡技術、5G組網技術的認知，明確“雙網”融合發展下，對5G網絡架構部署的影響，掌握5G網絡架構設計先進技術。與此同時，在試點研究與經驗總結下，以滿足用戶通信需求，提升用戶接入網業務體驗性能為目標，改善無線網絡設計、建設、管理存在的不足。

3.結論

總而言之，5G網絡技術作為4G網絡技術的延伸，推動了移動通信向更高層面的進步與發展，是實現“萬物互聯”的重要手段。本文通過分析與研究5G網絡技術特點及無線網絡規劃，用以進一步認知5G網絡技術特點與關鍵技術，促進寬帶無線網絡規范和仿真技術研究的科學發展，實現5G網絡科學部署，滿足移動通信需求，提升通信領域競爭力。