NR集成接入和回程技術3GPP標準演進*

張會麗

（重慶信息通信研究院，重慶 401336）

0 引言

旨在實現未來蜂窩網絡部署方案和應用的潛在技術之一是對無線回程和中繼鏈路的支持，從而可以靈活且非常密集地部署新無線（New Radio，NR）小區，而無需按比例縮小傳輸網絡的密度。

由于與長期演進（Long Time evolution，LTE）網絡相比NR 具有更大的可用帶寬，再加上在NR中大規模部署了天線陣列或多波束系統，為開發和部署集成接入和回程鏈路提供了機會。通過在為用戶設備（User Equipment，UE）提供接入而定義的許多控制和數據信道/過程的基礎上，可以允許以更集成的方式部署自回程NR 小區的密集網絡。圖1 為具有集成接入和回程鏈路的網絡示例圖（圖形來源RP-170831[1]），其中中繼節點可以在時間、頻率或空間中多路復用接入和回程鏈路。所謂集成接入和回程（Integrated Access &Backhaul，IAB）經由無線回傳來取代光纖前傳/回傳構成無線網狀網回傳拓撲，從而避免挖溝架線辛苦地鋪設光纖，使得基站布置變得簡潔，降低成本。

圖1 集成接入和回程鏈路

IAB 是Rel-16 重點演進技術方向之一，旨在通過NR 回程鏈路對NR 接入流量進行無線帶內和帶外中繼。盡管帶外中繼的有效支持對于某些NR部署方案非常重要，但了解與在相同頻率上運行的接入鏈路之間的互通更加緊密的帶內操作的需求至關重要，以適應雙工限制和避免/緩解干擾。此外，運行在毫米波頻譜中的NR 系統面臨著一些獨特的挑戰，其中包括基于目前標準體系的無線資源控制切換機制無法輕松緩解遇到嚴重的短期阻塞問題。為克服5G 毫米波系統中的短期阻塞問題，需要在傳輸點之間進行基于無線接入網的快速切換機制，且不一定需要核心網的參與。為減輕對毫米波頻譜中NR 操作的短期阻塞需求，以及對更容易部署自回傳的NR 小區的期望，引起業界開發允許快速切換接入和回傳鏈路的集成框架的需求，3GPP 不同工作組從諸多方面持續推進IAB 技術的演進。

1 3GPP RAN 工作組IAB 研究進展

IAB 優勢在網絡部署和初始網絡成長階段至關重要。為了充分利用IAB 優勢，在推出NR 時需使用IAB。RAN 工作組選擇的IAB 體系結構支持SA 和雙連接操作模式，即IAB 節點和由IAB 節點服務的UE 可能會連接到5G 核心網（5 Generation Core，5GC）或演進分組核心網（Evolved Packet Core，EPC），具體取決于部署選項，因此應該同時增強5GC 和EPC，以支持IAB 操作。

IAB 使用5G R15 中定義的集中單元（Centralized Uni，CU）/分布單元（Distributed Unit，DU）體系結構。Rel-15 UE 將IAB 節點視為普通下一代節點B（next Generation Node B，gNB），并可以通過IAB 節點透明連接到網絡。每個中繼節點（稱為IAB 節點）由gNB-DU 功能和UE 功能（稱為IAB 節點移動終端（Mobile Terminal，MT））組成。IAB 節點gNBDU 負責提供對其他UE 和子IAB 節點的NR 訪問，而IAB 節點MT 等效于UE，并重用Rel-15 UE 規程連接到父IAB 節點。IAB 節點（gNB-DU 部分）由IAB 施主通過RAN3 對CU/DU 體系結構定義的F1 接口控制。

2017 年3 月，3GPP RAN 工作組在第75 次RAN 全會通過由AT&T、Qualcomm、Samsung 以及KDDI 聯合提出的面向NR 的IAB 研究立項，即RP-170831[1]，著手開始進行識別和評估在NR 中支持無線回程/中繼的解決方案，包括確定IAB 體系結構候選對象（TR 38.874[2]中的體系結構1a）、集成接入和回程的L2 設計以及對NR 物理層規范的增強，以滿足集成回程和接入鏈路高效運行的要求。為繼續深入研究IAB，持續致力于IAB 標準化的進度更新，3GPP RAN 工作組陸續發布更新版立項提案。具體地，2017 年9 月第77 次RAN 全會通過RP-171880，2017 年9 月第77 次RAN 全會通過RP-172290，2018 年6 月第80 次RAN 全會通過RP-181349，2018 年12 月第82 次RAN 全會通過RP-182882，2019 年3 月第83 次RAN 全會通過RP-190712，2019 年6 月第84 次RAN 全會通過RP-191558，2019 年9 月第85 次RAN 全會通過RP-192188，2019 年12 月第86 次RAN 全會通過RP-193226 和RP-193251，2020 年3 月第87-e 次RAN 全會通過RP-200084，2020 年6 月第88-e 次RAN 全會通過RP-200840 和RP-201293，2020 年9 月第89-e 次RAN 全會通過RP-201756[3]，2020年12 月第90-e 次RAN 全會通過RP-202342/RP-202343/RP-202344/RP-202382/RP-202420。綜合上述對RAN 全會關于IAB 提案的更新統計可知，IAB技術和規范得到持續深入研究，并取得了一系列規范成果。

RAN 工作組的主要研究內容涉及以下方面。

（1）遵循體系結構1a 的IAB 節點的規范：IAB 節點上的路由功能可支持基于路由標識符跨多跳拓撲進行轉發；信令的逐跳傳播以支持低等待時間調度和跨多跳拓撲的資源協調；承載到回程無線鏈路控制（Backhaul Radio Link Control，BH RLC）信道的UE 承載以及入口和出口BH RLC 信道之間的映射功能。

（2）遵循架構1a 增強了gNB 功能，以用作IAB 錨點：gNB CU-CP 上用于拓撲、路由和資源管理的功能；支持到IAB 節點的IP 可路有性；gNB DU 上的承載映射功能，用于將一個或多個UE 承載的下行鏈路業務映射到BH RLC 信道。

（3）IAB 節點集成和拓撲調整程序的規范，包括獨立組網和非獨立組網模式的IAB 節點集成的過程，如非獨立組網模式的演進的UMTS 陸地無線接入網（Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network，E-UTRAN）的增強；在同一個IAB 錨點下進行IAB 節點遷移的規范，其中IAB 節點的遷移可以由網絡控制，也可以歸因于回程無線鏈路失敗；支持路由冗余和基于多連接性的路由選擇。

（4）L2 無線傳輸增強功能的規范：在RLC 層之上指定適配層，適配層支持跨無線回程和IP 的路由作為下一個協議層；擴展LCID 空間以及潛在的LCG 空間，以支持UE 承載到BH RLC 信道的一對一映射；規范處理擁塞的流量控制機制；規范在逐跳ARQ 中實現無損傳遞的機制。

（5）L2 傳輸和資源管理的信令規范，包括針對以下方面的無線鏈路控制（Radio Resource Control，RRC）和F1-AP 程序和消息的規范：IAB節點的設置和發布；在IAB 節點和IAB 錨點DU 上配置適配層；無線鏈路控制信道的配置；服務質質量信息和路由表的配置；網絡同步方式的配置；在回程和訪問鏈路之間共享時域資源的配置；針對IAB 節點的IP 地址分配機制的規范；承載上下文建立/釋放過程增強功能的規范，以支持跨多跳的流QoS；對上行鏈路資源請求過程和相關信令進行增強的規范，以實現低延遲的上行鏈路數據調度；回程無線鏈路失敗（Backhaul Radio Link Failure，BH RLF）處理規范。

（6）物理層規范，具體包括：由IAB 節點假設的NR 初始訪問的同步信息塊周期性規范；回程隨機接入信道（Random Access Channel，RACH）資源的RACH 時機和周期擴展規范；規范回程和訪問鏈路之間的資源復用機制，包括在時分復用操作受半雙工約束的情況下為IAB 節點/IAB 錨點DU 資源指定半靜態配置；DU 子鏈接的時間資源類型規范，對子IAB 節點DU 的軟資源可用性進行動態指示規范。

（7）射頻（Radio Frequency，RF）和無線資源管理（Radio Resource Management，RRM）要求規范，包括：定義IAB 節點的回程和接入鏈路的RF 要求；為IAB 節點的回程和訪問鏈路定義RRM核心要求；定義在父回程鏈路（即MT）和子回程/接入鏈路（即DU）之間進行通信切換的等待時間要求；定義IAB 特定網絡同步的時間要求。

2 3GPP SA 工作組研究進展

3GPP 系統架構（System Architecture，SA）工作組陸續啟動有關IAB 的專門研究項目，以解決安全方面的問題。

3GPP 工作組SA1 已經在標準TS 22.261[4]建立了無線自回傳的服務要求，具體包括：①5G 網絡將使運營商能夠使用NR 和LTE 支持無線自回程；②5G 網絡應支持室內和室外場景的靈活高效無線自回傳；③5G 網絡應支持在接入和回程功能之間靈活分配無線資源；④5G 網絡應支持接入和無線自回傳功能的自主配置；⑤5G 網絡應支持多跳無線自回傳；⑥5G 網絡應支持對無線自回傳網絡拓撲的自主適應，以最大程度減少服務中斷；⑦5G網絡應支持無線自回程上的拓撲冗余連接。

2019 年9 月，3GPP SA 工作組在第85 次SA全會通過由Samsung、Qualcomm、Sprint 以及Nokia等13 家企業聯合提出的SP-190902[5]提案，即New WID Security for NR Integrated Access and Backhaul。SA2 工作項旨在為EPC 和5GC 引入體系結構和系統級別的增強功能，主要聚焦有關IAB 體系結構的安全性方面的規范性工作以及相關無線回程鏈路的保護，提供與安全和隱私相關的規范，以支持NR基站的無線回傳。SA2 研究規范成果主要聚焦于兩個方面。一方面，TS 33.501 中的更新，以修改5G系統安全體系結構和過程。支持NR 的集成訪問和回程的安全性。另一方面，TS 33.401 中的更新，以修改演進分組架構安全體系結構和過程，在雙連接的情況下支持集成訪問和回程的安全性。

2019 年9 月，3GPP SA 工作組在第85 次SA全會通過由Qualcomm、AT&T、Ericsson、Nokia 以及Samsung 等17 家企業聯合提出的SP-190627[6]提案，即New WID:Architecture enhancement for the support of IAB，并于2019 年12 月完成該項目組在23.501、23.502 和23.401 的全部IAB 研究內容。SA3 工作組旨在介紹體系結構和系統級別的增強功能，以支持IAB。基于RAN 工作組的NR_IAB 工作項確定的核心網絡影響，具體研究內容包括：提供IAB 體系結構及其與5G 系統結構和LTE 系統結構集成的系統級描述；向核心網提供IAB 節點能力指示支持；提供對IAB 節點的操作授權的支持和對5G 接入網或LTE 接入網的相應信令。SA3 研究規范成果主要聚焦于TS 23.501 中的IAB 體系結構和操作原理的一般闡述和TS 23.502 中的增強/更新現有程序以支持IAB。其中，后者主要包括IAB 節點MT 注冊程序、向核心網CN 指示IAB 的能力、授權IAB 節點的操作、向5G 接入網指示“IAB 授權”以及IAB 的訂閱數據。

為持續跟蹤IAB 的標準演進技術，SA 全會陸續更新立項提案，在SA3 工作組于2019 年3 月提出的提案SP-190106 基礎上，3GPP SA 工作組于2020 年12 月在第90E 次SA 全會通過SP-201016，預計于2021 年6 月第92 次SA 全會完成相關工作。該研究立項的目的在于開發解決方案，研究適用于基于NR_IAB 上的RAN Rel-16 和NR_IAB_enh 上的RAN Rel-17 各相關立項指定的新IAB 體系結構的潛在安全威脅和漏洞，并確定潛在的安全要求，為通過IAB 節點連接到NR 的UE 提供安全連接。

3 結語

本文重點介紹了R16 版本的IAB 技術標準演進路線，并針對3GPP RAN 和SA 工作組的立項研究內容進行詳細闡述。5G 技術路線圖正在蓬勃發展，增強版本持續發力，其中5G R17正在如火如荼開展，持續推進5G NR 網絡和設備的發展和擴張。IAB 作為提高頻率資源利用率和網絡可靠性的關鍵技術，研究前景廣闊。3GPP 工作組將會圍繞IAB 技術解鎖更多新功能，實現更高效的網絡密度，減少回程成本。