5G無線接入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)探討

◆由宗銘

5G無線接入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)探討

◆由宗銘

（廣東省電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司 廣東 510630）

隨著5G逐步推廣應(yīng)用，無線接入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)也需要進(jìn)行相應(yīng)的改造，通過先進(jìn)、智能靈活的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，承載5G新技術(shù)，可充分發(fā)揮5G網(wǎng)絡(luò)的性能。同時(shí)，5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)需要遵循實(shí)用性原則，應(yīng)設(shè)計(jì)容納量較大，且可滿足異構(gòu)、空口接入技術(shù)以及功能多元的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。該架構(gòu)基于2G、3G、4G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)計(jì)，相關(guān)人員要學(xué)會(huì)揚(yáng)長避短，使復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)運(yùn)用優(yōu)勢更顯著。另外相關(guān)人員還應(yīng)明確該種架構(gòu)的關(guān)鍵性能指標(biāo)，以制定合理的設(shè)計(jì)方案。

5G；無線接入網(wǎng)絡(luò)；架構(gòu)設(shè)計(jì)；

0 引言

相比其他的信息技術(shù)，5G技術(shù)所依賴的網(wǎng)絡(luò)覆蓋場景一定很廣闊，在這種條件下，室外的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及業(yè)務(wù)覆蓋率會(huì)變大，范圍也會(huì)變廣，室內(nèi)的熱點(diǎn)數(shù)量會(huì)變多，在采集、傳遞數(shù)據(jù)方面，速度會(huì)有很大程度提高，消耗的能量卻會(huì)減少，低時(shí)延優(yōu)勢更加顯著，所以5G技術(shù)下的信息網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)運(yùn)行會(huì)更加安全可靠。本文主要針對5G無線接入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。

1 5G無線網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵性能指標(biāo)

基于用戶對5G無線網(wǎng)絡(luò)功能與覆蓋場景的期待與要求，相關(guān)人員要明確相關(guān)的設(shè)計(jì)關(guān)鍵性能指標(biāo)，如時(shí)延性、耗能、傳遞效率、移動(dòng)效果等，這些指標(biāo)不僅針對5G無線網(wǎng)絡(luò)，還針對其他的4G、3G等，但1G-4G技術(shù)在此方面的表現(xiàn)皆有很多進(jìn)步發(fā)展空間，相關(guān)人員可以在其基礎(chǔ)上大力優(yōu)化關(guān)鍵性能指標(biāo)，使技術(shù)的發(fā)展空間得到彌補(bǔ)，這便是5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)的基本目的。具體的關(guān)鍵性能設(shè)計(jì)指標(biāo)有6點(diǎn)：

（1）移動(dòng)性。5G無線網(wǎng)絡(luò)不僅要滿足移動(dòng)端用戶需求，還要滿足各種移動(dòng)交通方式的需求，如飛機(jī)、地鐵等，這些交通方式也需要借助5G技術(shù)采集相關(guān)的交通信息[1]。5G移動(dòng)通信系統(tǒng)要在移動(dòng)性能方面表現(xiàn)出最大優(yōu)勢，使其對非移動(dòng)場景同樣適用。

（2）時(shí)延。時(shí)延性能是5G技術(shù)必須要改進(jìn)優(yōu)化的點(diǎn)，只有提升時(shí)延性能，數(shù)據(jù)從傳輸?shù)浇邮栈虻酱_認(rèn)之間的時(shí)間間隔才能最短，這意味著數(shù)據(jù)傳輸速率會(huì)上升，相關(guān)人員還要在提高時(shí)延性能的同時(shí)，保證信息傳輸質(zhì)量。在改善時(shí)延性能方面，相關(guān)人員還要從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方面入手，使相關(guān)的業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷滿足網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)要求，還要提升傳輸資源本身的質(zhì)量，以保證其傳輸順利。

（3）用戶感知速率。在5G時(shí)代，信息傳輸速率會(huì)提升，用戶的感知速率也會(huì)提升，該技術(shù)主要服務(wù)相關(guān)的移動(dòng)用戶，相關(guān)人員還要將該項(xiàng)內(nèi)容作為關(guān)鍵設(shè)計(jì)指標(biāo)，使用戶獲得的MAC層用戶面數(shù)據(jù)傳送量得到保證。

（4）峰值速率，主要指5G技術(shù)條件下網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)所能承擔(dān)的最大業(yè)務(wù)速率，提高該速率，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)對業(yè)務(wù)的容納量會(huì)增加，處理能力也會(huì)提升。

（5）連接數(shù)密度。主要指單位時(shí)間內(nèi)連接的設(shè)備最大數(shù)量，只有提高該指標(biāo)，5G才能容納更多的用戶。

（6）流量密度。提高該指標(biāo)數(shù)值，數(shù)據(jù)傳輸效果會(huì)更加顯著。在低能耗原則下，相關(guān)人員要使5G網(wǎng)絡(luò)能應(yīng)用最少的能量，傳送最多的數(shù)據(jù)，切保證傳輸效率。相關(guān)人員可采用D2D等技術(shù)來滿足此要求。

2 5G無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)原則

5G無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)原則主要包括以下幾條：

（1）智能化程度高。5G無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)不僅要滿足基本的承載、傳輸運(yùn)行等功能，還要在運(yùn)行中具有高度的自控能力，并在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)異常時(shí)，自動(dòng)分析數(shù)據(jù)，及時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)，避免造成更大的影響[2]。該網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)覆蓋范圍較廣，相關(guān)人員還要確保架構(gòu)對所有的覆蓋面和熱點(diǎn)都能起到良好掌控作用。在承載功能與控制相分離要求下，5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)必須向智能化方向靠攏。

（2）架構(gòu)配置靈活性高。5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)移動(dòng)性強(qiáng)，所以應(yīng)用場景也會(huì)呈現(xiàn)多元化特點(diǎn)，不同場景對架構(gòu)功能要求不同，相關(guān)人員還要使架構(gòu)配置具有一定的靈活性，這意味著網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)有很多可調(diào)控空間，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場景發(fā)生變化后，架構(gòu)中的物理節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)元便可隨時(shí)作出調(diào)整。

（3）減少架構(gòu)建設(shè)和運(yùn)維成本。5G不僅代表一種新的信息技術(shù)，還代表龐大的信息工程項(xiàng)目，要將其從設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為建設(shè)施工成品，需要花費(fèi)大筆資金，在5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)運(yùn)行期間，相關(guān)人員還要花費(fèi)大筆維修成本來保持架構(gòu)的安全性。為了減少成本，相關(guān)人員應(yīng)提升設(shè)計(jì)水平，使架構(gòu)功能和性能都實(shí)現(xiàn)，還要提高其運(yùn)行的可靠性，避免運(yùn)行錯(cuò)誤。

3 5G無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)方案

根據(jù)5G無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋應(yīng)用場景，相關(guān)人員應(yīng)從架構(gòu)的連接形式、平臺建設(shè)、承載方式以拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建設(shè)等方面入手，設(shè)計(jì)合理的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

3.1 連接形態(tài)多樣化

在5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)連接數(shù)密度增大的條件下，架構(gòu)連接的設(shè)備量會(huì)增大，其對各種業(yè)務(wù)的容納量也會(huì)增加，不同業(yè)務(wù)或不同設(shè)備的節(jié)點(diǎn)連接形態(tài)不同，所以5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的連接形態(tài)、連接形式和接口都要表現(xiàn)出多元化特點(diǎn)，以使中繼通信以及基站設(shè)備連接等目標(biāo)實(shí)現(xiàn)[3]。這些目標(biāo)的連接狀態(tài)都不同，鏈狀連接、網(wǎng)狀連接、傘狀連接以及點(diǎn)對點(diǎn)連接是重要的連接形式，相關(guān)人員要基于這些連接要求，設(shè)計(jì)相關(guān)結(jié)構(gòu)。

3.2 平臺多樣化

5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)面對的業(yè)務(wù)數(shù)量、種類以及特殊業(yè)務(wù)量都很多，這些業(yè)務(wù)需要在不同的平臺中進(jìn)行，相關(guān)人員務(wù)必要保證平臺建設(shè)質(zhì)量以及平臺多樣化。在設(shè)計(jì)中，主要通過增加網(wǎng)關(guān)、終端來解決問題，相關(guān)人員可以將集成技術(shù)不同的網(wǎng)關(guān)等添加到合適的位置中。這些平臺在架構(gòu)中的表現(xiàn)形式有基站、設(shè)備等，基站主要有BBU+RRU分布式基站、室內(nèi)外基站等，設(shè)備主要包括可以滿足用戶要求的設(shè)備以及網(wǎng)關(guān)設(shè)備，這些設(shè)備具有很強(qiáng)的控制功能，可以使架構(gòu)功能順利實(shí)施。在這些設(shè)備平臺中，不僅有專門處理日常業(yè)務(wù)的專業(yè)平臺設(shè)備，還有虛擬化平臺設(shè)備，后者主要在特殊業(yè)務(wù)處理中發(fā)揮作用。這些設(shè)備平臺不僅在功能方面表現(xiàn)不同，在功率方面也表現(xiàn)出差異。其中BBU+RRU的分布式基站以及室內(nèi)外基站的運(yùn)行功率較大，其余的智能終端等應(yīng)用功率較低。這些平臺設(shè)備遍布整個(gè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其與用戶間距不同，相關(guān)人員也可以基于此點(diǎn)，設(shè)計(jì)不同的平臺。

3.3 承載方式多元化

信息傳輸場景不同，其對承載方式的要求也不同，所以架構(gòu)的承載方式會(huì)呈現(xiàn)出多元化特點(diǎn)。無線傳輸和有線傳輸雖然對承載介質(zhì)的要求不同，但其都能滿足承載傳輸任務(wù)，其中無線承載會(huì)受到帶寬限制，有線承載優(yōu)缺點(diǎn)與無線承載恰好相反[4]。這兩種承載技術(shù)都要應(yīng)用在無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)中，以滿足不同場景業(yè)務(wù)要求。

3.4 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)頻段表現(xiàn)出高度化特點(diǎn)，集成的技術(shù)、建設(shè)的基站數(shù)量與功能也越來越多，為了使這些新型變化順利落實(shí)，相關(guān)人員需要優(yōu)化設(shè)計(jì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使其表現(xiàn)出多元化特點(diǎn)以及靈活性高特點(diǎn)，如此網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)即使面對不同的應(yīng)用環(huán)境，其節(jié)點(diǎn)也能表現(xiàn)出良好的層級關(guān)系[5]。

4 結(jié)語

本文介紹設(shè)計(jì)5G網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵性能指標(biāo)，考慮了兼顧實(shí)用性和無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)要遵循相關(guān)原則，再根據(jù)不同業(yè)務(wù)需求，制定了多種網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案，滿足業(yè)務(wù)對熱點(diǎn)布局的差異性。在未來的5G無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)方案中，可能會(huì)遇到一些現(xiàn)實(shí)問題，相關(guān)人員還要在多次試驗(yàn)中，找到方案優(yōu)化點(diǎn)，使網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)作用優(yōu)勢更佳，并保證業(yè)務(wù)拓展過程中的安全性與可靠性。

[1]李文璟，王智立.網(wǎng)絡(luò)管理原理與技術(shù)[M].人民郵電出版社，2008．

[2]張璐.5G無線接入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)分析[J].信息通信,2018.

[3]周華.對5G無線接入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)的思考[J].中國新通信,2018.

[4]周宏成.5G無線接入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)[J].電子科學(xué)技術(shù),2017.

[5]李忠麟,閆曉萍.第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)架構(gòu)[J].信息系統(tǒng)工程,2016.

[6]周逸凡,趙志峰,張宏剛.基于智能SDN面向5G的異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)[J].電信科學(xué),2016.