關于面向5G 的承載網需求分析及關鍵技術探討

張俊斌

（中國電信集團有限公司陽泉分公司，陽泉 045000）

1 5G 的承載網需求分析

1.1 更大帶寬

結合典型的5G 網絡基站配置參數，我們可以推算出5G 基站的回傳需要更大的帶寬來支持，5G 基站的回傳需要10GE 甚至是25GE 帶寬，5G 中頻基站對帶寬的需要將是4G 基站10-20倍。運營商的組網模式和類型以及基站的數量等將會給5G 的城域傳輸的帶寬需求產生巨大的影響，尤其是在接入、匯聚以及核心層。5G 前傳對帶寬的需求與很多方面有關，例如CU 與DU 在物理層面上的分割位置、基站的參數以及部署等。根據最新的研究情況，CU 與DU 在物理層面上的分割并不是的那一的，而是存在多種分割方案，最典型的方案包括了：從射頻模擬過渡到數字轉換之后再進行分割；物理層中按照高層和低層進行分割；物理層中按照高層和MAC 層之間進行分割。如圖1所示：

圖1 CU與DU物理層分割方式

為了能夠推算出5G 前傳對帶寬的需求，我們假定基站的相關參數如下所示：（1）如果是下行帶寬超過上行帶寬，我們只考慮下行帶寬即可。（2）假定工作頻段為3.4GHz～3.5GHz，工作的頻寬為100MHz。（3）MIMO 參 數 為 32T32R，映射數據流為下行 8 條流。（4）I/Q 量化比特為 2×16，調制格式為下行256QAM。

表格1 5G前傳帶寬需求推算示例

參考相關的數據，不同的分割方式5G 前傳帶寬需求推算如表1所示。從表中的數據我們可以看出，5G 前傳的帶寬需求與分割方式息息相關。因此，將來為了能夠5G 前傳的傳輸需求，所需要的帶寬將以25GE 為核心。

1.2 超低延時

5G 業務最明顯的需求就是超低延時，這也是其關鍵性能之二。3GPP 在TR38.913 中對RAN 的兩種類型用戶：eMBB 和uRLLC 的延時指標進行了明確的的要求。其中要求，eMBB 類型的用戶面延時指標為4ms，控制面延時指標為10ms；uRLLC類型的用戶面延時指標為0.5ms，控制面延時指標為10ms。為了能夠更好進行延時指標的分配，我們將5G 終端劃分成不同類型：AAU、DU、CU 和核心網，其延時分配從T0到T8合計9個等級組成，詳細的分配如圖2所示。為了能夠確保uRLLC 類型業務的用戶面0.5ms 的延時標準，則要求5G 終端、無線設備以及5G承載網等能夠對延時指標進行聯合優化，以保證延時標準要求。當前，4G 的延時在20～50us 量級，5G 要求延時在50～100量級，因此要想達到5G 的延時標準必須做好無線設備、基站部署、承載網以及核心網的聯合優化功能。

圖2 5G終端延時等級分配

1.3 高精度時間同步

高精度時間同步是5G 承載網的第三大需求，5G 承載網的高精度時間同步需求主要體現在三個方面：基本業務層面、協同業務層面以及基站定位層面。（1）基本業務層面對時間同步的需求：其實現方式為網同步，對頻率同步的指標要求是0.05ppm；對時間的同步要求是1.5us（3GPP）。（2）協同業務層面的時間同步要求：協同業務層面是5G 高精度時間同步需求的集中體現，其中業務類型分為MIMO、發射分集，時間同步的實現方式為RRU內同步，無需網同步，同步時間的指標要求為65ns（相對）；帶內連續CA，時間同步的實現方式為一般RRU 內同步，此時便無需網同步;如果是可能站內 RRU 間同步，則此時需要網同步，同步時間指標為260ns 或130ns（相對）；帶內非連續或帶間 CA，時間同步的實現方式為網同步，同步時間指標為3us（相對）。（3）基站定位等業務層面的時間同步要求：一般情況下，基于TDOA的基站定位業務是5G 網絡在提供車聯網、工業互聯網等新型業務時必須提供的業務類型。時間同步的實現方式為網同步，需要結合其它定位技術，時間同步要求是10ns（3m 定位精度）以及3ns（米級定位精度），但是要想實現這些指標必須借助高精度的定位服務才能完成。

2 5G 承載網關鍵技術

2.1 超密集異構網絡

5G 網絡從其結構上來說屬于一種混合異構類型網絡，它是借助宏站與低功率單基站共同組成的覆蓋了融Wi-Fi、4G、LTE、UMTS 等多種無線混裝技術。伴隨著蜂窩覆蓋范圍的逐漸縮小，使得頻譜、頻寬等逐漸擴大。隨著小范圍覆蓋面積逐漸縮減，最優點的位置可能存在無法獲取的情況，并且小范圍難以繼續進行分裂，因此只有通過優化站點的部署方式來增加更多的低功率節點。超密集異構網絡的最大優點就是可以使頻率、頻譜、效率等能夠有顯著的提升，但是也存在一定的弊端。從物理層來分析，要想實現超密集異構網絡需要高速率的接入要求。從異構網絡這個層面來分析，超密集異構網絡則需要一種可以進行擴展的幀結構空中接口，用來接入不同頻率。超密集異構網絡根據終端的使用情況和終端環境進行大規模的預測，同時要求在網絡狀態以及信道環境發生改變之前做好前攝管理。

2.2 大規模MIMO 技術

大規模MIMO 技術，其技術原理就是運用多天線技術。大規模的天線陣列具備高分辨率、高度自由空間，借助天線的空分性可以將相同頻段資源同時為多個用戶進行服務，具有高效的頻譜效率，可以很大程度上提升傳輸的可靠性和穩定性。大規模天線技術的波束成形能夠將波束限制在很小的范圍之內，可以顯著的降低干擾，同時減低發射所損耗的功率。大規模天線技術的特性決定了，有更多的空間自由，從而使得信道的反應速度和準確度有很大的提升，減低了因為各種情況對信道的干擾。但是由于大規模天線技術會占用大量的空間，比較復雜，通常情況下建議基站選用4天線技術較好。但是，大規模天線技術中會出現低功率的小型天線，因此大規模的天線技術拓撲結構必須提前確定好，同時實際信道之間的正交性也同樣必須提前確定好。

2.3 FBMC

FBMC 技術的是為了能夠很好的解決OFDM18載波旁瓣較高的問題，在每一種載波無法實現同步的情況下，相鄰之間的載波會產生較大的干擾，在低頻段無法支持1G 以上帶寬等較高速率業務需求，基于此種情況提出了基于濾波組的多載波技術。其原理是在發端采用合成慮波組的形式來對多載波進行調制，在終端通過對濾波組進行分析來進一步實現多載波的解調。總而言之，OFDM 與FBMC 相比較而言，前者具備較大的能量效率。但是，如果存在CSI 不理想的狀況時，ISI 與ICI 會共同作用使得FBMC 的性能低于OFDM，因此需要借助MIMO 技術來提升FBMC 性能。

2.4 毫米波通信

毫米波頻段的頻率通常在30-300 GHz，其最大的優點在于即使將各種干擾、損耗等考慮在內的前提下，大氣窗口依然可以提供高達至少135 GHz 的帶寬。在當前頻譜資源比較緊俏情況下，如果采用毫米波通信技術可以大幅度提升通信容量。但是，基于5G 超密集異構網絡以及毫米波的波束窄特點，在基站間距離不到200米的情況，毫米波具備極高的抗干擾能力，同時大氣對毫米波吸收程度會降低對相鄰基站之間的干擾。

3 結束語

5G 時代的越來越近，但是目前5G 在我國應用不夠廣泛，要想實現5G 需要更多的技術支撐。上文對5G 承載網的需求進行了詳細分析，要想實現需要更大的帶寬、超低延時以及精度較高的時間同步。在5G 承載網的關鍵技術方面，需要超密集異構網絡、大規模MIMO 技術、FBMC 技術、毫米波通信等技術的支持。