5G 高低頻無線協作組網及關鍵技術

浦恩彥，刁家侯

(廣州杰賽科技股份有限公司,廣東 廣州 510310)

1 5G 組網的發展愿景

和4G 相比，5G 的性能更高，其不僅能夠為用戶提供0.1 ～1Gbps 的體驗速率，也能夠保證在每平方公里內包含一百萬的連接數密度，此時用戶不會出現和4G一樣的延時情況，且每平方公里都能夠達到數十Tbps 的流量密度。可以說，5G 組網發展過程中用戶的體驗速率、延時以及連接數密度均是評價5G 性能的重要指標[1]。在5G 組網架構過程中，其不僅要提升運營效率也需要提高網絡運營水平。如表1所示為5G 和4G 的性能參數比較。

表1 5G和4G的性能參數

2 5G 高低頻無線協作組網架構

2.1 NG-RAN 架構

通過對比發現，5G 基站在架構上也與LTE 之間存在著不同，5G 基站在基礎的gNB 架構上，還需重新設計基本架構中的基站與核心網連接方式，尤其是在接口上的設計，需要進行更新，具體如圖1所示。但和LET網絡比較一致的是，gNB 也是借助4G 基站進行接口連接的，且該種接口將在NG 接口的輔助下和5G 核心網聯系在一起。總體來說，gNB 主要負責承擔熱點，其借助NG-U 接口和5G 核心網相連接，并幫助用戶平面相互連接，在該種情況下，各個接口能夠在5G 核心網的管理下覆蓋非熱點區域以及基礎通信區域，從而滿足區域范圍內的熱點需求。

圖1 5G系統基本架構

5G 網絡在研究難點上和4G 不同，主要體現在四個方面：（1）5G 組網具備多頻率共存的特征，而且多個層次可以重疊，研究上述問題能夠促使5G 組網即便處于復雜的網絡環境中，也能夠有效增益性能。（2）受到5G自身網絡帶寬特點的影響，其天線的數量比較多，比較難以進行集中化管理。而5G 針對該方面問題展開研究，能夠有效改善天線集中管理問題。（3）為確保5G 網絡滿足多個用戶多頻率傳輸需求，需要研究網絡連接的話務處理問題，明確話務在前傳方面的多次轉發情況。（4）5G 系統在開發的時候探究了硬件資源池集中實現方面的問題。鑒于上述情況，早在2017年開始研究5G 技術的會議當中就已經考慮對無線資源控制層以及分組數據會議協議進行分割處理，并且形成了如圖2所示的分割設計圖。

圖2 5G網絡分割設計方案示意圖

2.2 雙層組網架構

5G 網絡在架構過程中注重控制用戶分離并對用戶進行統一化管理，因此，針對平面控制以及用戶平面的分離，設計出具體的架構圖，如3所示。

圖3 雙層組網平面架構圖

從圖3中的信息可以了解到，該平面架構圖在設計的時候包含宏基站以及LPN，兩者能夠呈現出本次雙層組網架構中所具備的基礎覆蓋功能和熱點覆蓋功能。而在整個平面架構接入系統結構來看，主要分為2個接入子系統，其分別是宏蜂窩通信控制以及LPNs 通信。上述平面架構均處于宏基站的覆蓋范圍內，宏基站將會為用戶提供低頻段的數據信息，并且處于LPN 范圍內的用戶將接受到宏基站所提供的低頻段控制信息和高頻段數據信息。總結上述平面架構設計，主要體現三個方面的設計特征：（1）基站處于集中控制狀態。在上述平面布局中，部分LPN 被劃歸到同一個集群當中，并且該集群比較容易實現在區間范圍內進行干擾和控制，該區間內用戶的熱點需求均能夠得到滿足，且用戶體驗速率也比較高。（2）上述平面架構中有部分LPN 本身僅具備數據方面的功能，其并沒有過度注重對其他功能性的開發，該種設計方式有利于控制運營商布局成本，避免造成資源浪費。（3）如果用戶數量本身就比較少，那么基站可以對用戶進行檢測，并且能夠確保為用戶提供優質的服務，但卻也會在檢測到用戶數量減少的情況下關閉部分基站，避免產生過多能耗。

3 5G 組網關鍵技術

3.1 無線回程技術

所謂無線回程技術，主要是指在5G 組網架構過程中，無線數據流量呈現出指數增長的狀態，該種增長導致無線網絡在部署上逐漸趨于密集化。而在熱點地區大量部署LPN，能夠有效控制5G 組網的布置成本，并且強化組網管理力度，為用戶提升用戶體驗，促使組網架構的可靠性增強。但是，為確保LPN 能夠更加高效的傳輸用戶數據，研究人員需要考慮到回程技術的優化。目前組網架構中所采用的回程方式主要是光纖回程，盡管該種回程方式本身能夠高效且穩定的傳輸數據信息，但在國建無線網絡的時候，部分熱點部署地區本身并不具備布設光纖回程的條件，且光纖回程本身投資就比較大，但回報周期卻比較長，這會導致光纖回程的應用受到限制，而網絡架構過程中對于光纖回程的應用范圍也受到限制。無線回程技術的應用打破光纖回程的限制，其不僅成本比較低，且部署條件也更加寬泛，能夠改善原本LPN 需要采用有線回程方式的問題。在5G 技術快速發展的情況下，LPN 逐漸步入到超密集部署階段，此時采用無線回程技術作為信息傳輸方式，其更能夠轉變無線回程鏈路，并且滿足高數據容量傳輸需求。

3.2 干擾協調技術

在進行5G 組網架構期間，其需要對宏基站和LPN兩個方式來進行高頻段和低頻段的信息傳輸部署，但也是因為注重兩個層面部署工作，反而忽視系統當中所存在的跨層干擾問題。在LPN 部署越來越密集的情況下，LPN 部署的數量越多，不同LPN 之間的間距就越來越近，其所產生的干擾問題也會更加突出。此時LPN 將會對周邊基站造成較為復雜的干擾網絡，進而影響到整個組網系統的功能性。如果沒有針對該種干擾應用干擾協調技術，很有可能會導致整個組網的能量效率受到限制。

為改善上述問題，在5G 組網架構過程中應用了干擾協調技術，該數據能夠切實改善基站之間的干擾問題，并且在滿足LPN 部署數量的情況下，避免LPN 的功率計協調性受到限制。小區干擾協調技術雖然能夠避免LPN 的干擾網絡問題，但卻對信道干擾束手無策，且因為5G 用戶的數量還處于井噴式增長狀態，這讓信道使用的頻率還在持續增加，而在該種情況下，原本采用的干擾協調技術弊端逐漸暴漏出來。技術人員研究出第三代協調干擾技術，該技術被命名為合作伙伴計劃，該計劃促使小區之間的干擾協調性技術增強，也為空白幀的發射預留足夠空間，確保在傳輸參考信號的時候，數據信號傳輸得到有效控制，能夠促使基站的子幀利用率受到協調和控制。

4 結束語

盡管當前5G 網絡還沒有完全普及，且關于接入網的架構也并沒有明確具體標準，但4G 網絡明顯無法滿足當前用戶對于網絡應用方面的需求。為此，5G 網絡在構建過程中需要注重對各項關鍵技術的應用，不僅在理論上達到應用觀點的統一，也在盡快將應用理論轉變為實踐經驗，從而切實推動5G 技術的快速發展。