5G IAB基站接入網(wǎng)絡(luò)方案研究*

白 天，李小龍

（武漢虹信通信技術(shù)有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430205）

0 引 言

與LTE相比，5G NR技術(shù)能夠使用更高的頻段、更大的帶寬，且可以應(yīng)用大規(guī)模天線和多波束系統(tǒng)，因此5G NR能夠提供更高的系統(tǒng)速率。但是，頻段越高，NR的覆蓋將會受限。為了滿足覆蓋要求，高頻段的5G基站將會部署得更加密集，但密集部署場景對有線傳輸網(wǎng)絡(luò)的部署提出了挑戰(zhàn)。基于此，5G NR研究了IAB基站來解決上述問題[1]。所謂IAB基站，是該基站集成了無線接入鏈路和無線回傳鏈路，其中接入鏈路為UE與IAB基站之間的通信鏈路，無線回傳鏈路為IAB基站之間的通信鏈路，主要進行數(shù)據(jù)回傳，而IAB基站不需要有線傳輸網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)回傳。因此，IAB基站降低了對有線傳輸網(wǎng)絡(luò)的部署要求，可以部署在室外、室內(nèi)等不易部署有線傳輸網(wǎng)絡(luò)的場景下。

1 IAB基站架構(gòu)

IAB基站在NR基站已有的功能和接口上進行必要的增強，因此IAB基站也支持Uu、F1、E1、NG以及X2等接口，且包含了gNB基站的功能和移動終端（Mobile-Termination，MT）功能。其中，MT功能定義為移動終端的一部分功能，集成于IAB基站之中，即IAB基站啟動后會進行小區(qū)選擇，從而接入到網(wǎng)絡(luò)，通過無線回傳鏈路與IAB donor基站或其他IAB基站相連接[2-4]。圖1為IAB基站參考圖[5]，包含了一個IAB donor基站和多個IAB基站。其中，IAB donor基站能夠給UE提供到核心網(wǎng)的接口以及給IAB基站提供無線回傳鏈路。

圖1 IAB基站示意

2 IAB基站網(wǎng)絡(luò)選擇

對于獨立組網(wǎng)（Stand Alone，SA）場景，IAB基站初始接入網(wǎng)絡(luò)時，將會采用終端的初始接入網(wǎng)絡(luò)過程，即包括小區(qū)搜索、下行同步、系統(tǒng)信息獲取和上行同步等過程，從而完成初始化建立與IAB網(wǎng)絡(luò)的連接[5-6]。但是，由于存在gNB基站和IAB基站，其中g(shù)NB基站不支持接入和回傳一體化，且回傳鏈路只能使用有線網(wǎng)絡(luò)。因此，如果IAB基站啟動后通過小區(qū)選擇接入gNB基站的網(wǎng)絡(luò)，則IAB基站將不能實現(xiàn)其功能[7]。在部署5G網(wǎng)絡(luò)時，運營商會根據(jù)實際需求在某一區(qū)域同時部署gNB基站和IAB基站。如果IAB基站所處的區(qū)域同時部署有IAB網(wǎng)絡(luò)和gNB網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)IAB基站啟動進行小區(qū)選擇接入網(wǎng)絡(luò)時，由于無法從網(wǎng)絡(luò)獲取足夠的信息，IAB基站可能會直接接入gNB基站，如圖2所示。

圖2 IAB基站接入gNB網(wǎng)絡(luò)

對于IAB基站所處區(qū)域同時部署有IAB基站和gNB基站的場景，需要保證IAB基站啟動后接入IAB網(wǎng)絡(luò)，從而使得IAB基站能夠?qū)崿F(xiàn)其功能，如圖3所示。

圖3 IAB基站接入IAB基站網(wǎng)絡(luò)

因此，對比圖2和圖3，當(dāng)IAB基站2啟動時，如果IAB基站2啟動后根據(jù)小區(qū)的信號強度選擇接入gNB基站，那么需要通過一定的方案使得IAB基站2最終能夠接入IAB基站1，從而正常實現(xiàn)IAB基站2的功能。

3 IAB基站接入網(wǎng)絡(luò)方案

3.1 IAB網(wǎng)絡(luò)廣播基站類型

為了保證IAB基站啟動后能夠正確接入IAB網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)IAB基站的功能，部分通信設(shè)備廠商在IAB基站標(biāo)準(zhǔn)討論過程中提出了IAB基站網(wǎng)絡(luò)廣播基站類型的方案[8-9]，即可以通過IAB基站廣播基站類型的方式實現(xiàn)IAB基站啟動后選擇IAB網(wǎng)絡(luò)接入，實現(xiàn)過程如圖4所示。

在IAB網(wǎng)絡(luò)的主系統(tǒng)消息中添加標(biāo)識符，用以指示其基站類型為IAB基站，且IAB網(wǎng)絡(luò)周期性廣播該系統(tǒng)消息。當(dāng)IAB基站啟動后進行小區(qū)搜索，通過獲取網(wǎng)絡(luò)廣播的系統(tǒng)消息確定該網(wǎng)絡(luò)為IAB網(wǎng)絡(luò)，完成小區(qū)選擇接入IAB網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)其IAB基站的功能。

圖4 IAB網(wǎng)絡(luò)廣播基站類型

3.2 gNB基站協(xié)助IAB基站

由于上述方案增加了不必要的系統(tǒng)消息的開銷，本文提出一種gNB基站協(xié)助IAB基站接入IAB網(wǎng)絡(luò)的方案。該方案的具體實現(xiàn)過程如圖5所示。

gNB基站協(xié)助IAB基站接入IAB網(wǎng)絡(luò)的步驟如下：

（1）IAB基站啟動后通過小區(qū)選擇接入gNB基站，在接入網(wǎng)絡(luò)的過程中向gNB基站指示其為IAB基站；

（2）gNB基站向核心網(wǎng)5GC獲取IAB donor信息；

（3）gNB基站將收到的IAB donor基站信息與其鄰區(qū)關(guān)系列表進行比對，選擇為其鄰小區(qū)的IAB donor基站；

（4）gNB基站向步驟（3）中選取的IAB donor基站獲取IAB網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔ⅲ?/p>

（5）gNB基站配置IAB基站進行鄰小區(qū)測量上報，gNB基站根據(jù)測量上報結(jié)果與IAB網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⑦M行對比，從IAB網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲羞x擇合適的IAB基站；

圖5 gNB協(xié)助IAB基站接入IAB網(wǎng)絡(luò)

（6）gNB基站配置IAB基站切換到步驟（5）選出的IAB基站，從而使IAB基站成功接入IAB網(wǎng)絡(luò)。

通過該方案，即使IAB基站啟動后通過小區(qū)選擇接入到gNB基站，gNB基站仍然能夠協(xié)助IAB基站接入IAB網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)IAB基站的功能。

3.3 方案對比分析

上述介紹的兩種方案都可以使IAB基站啟動后接入IAB網(wǎng)絡(luò)，但是兩種方案存在優(yōu)缺點。表1對比分析了兩種方案的優(yōu)缺點。

表1 兩種方案對比分析

通過對比上述兩種方案可以發(fā)現(xiàn)，雖然IAB網(wǎng)絡(luò)廣播基站類型的方案可以使得IAB基站快速接入IAB網(wǎng)絡(luò)，但是增加了主系統(tǒng)消息的開銷，降低了所有UE（IAB基站數(shù)量相對普通UE數(shù)量少）的解調(diào)系統(tǒng)消息的性能，且IAB基站啟動對時延不敏感。因此，gNB基站協(xié)助IAB基站接入IAB網(wǎng)絡(luò)的方案更具優(yōu)勢。

4 結(jié) 語

本文主要對5G IAB基站啟動后建立網(wǎng)絡(luò)連接過程中存在的問題進行了探討和分析，即IAB基站在啟動后如何與IAB網(wǎng)絡(luò)建立連接，在此基礎(chǔ)上提出了gNB基站協(xié)助IAB基站接入IAB網(wǎng)絡(luò)的方案，并和IAB網(wǎng)絡(luò)廣播基站類型的方案進行對比，通過對比發(fā)現(xiàn)gNB網(wǎng)絡(luò)協(xié)助IAB基站接入IAB網(wǎng)絡(luò)的方案更具優(yōu)勢，解決了IAB基站啟動后與IAB網(wǎng)絡(luò)建立連接的問題，使得IAB基站在啟動后能夠接入IAB網(wǎng)絡(luò)。