關(guān)于面向5G 的承載網(wǎng)需求分析及關(guān)鍵技術(shù)探討

張俊斌

（中國(guó)電信集團(tuán)有限公司陽(yáng)泉分公司，陽(yáng)泉 045000）

1 5G 的承載網(wǎng)需求分析

1.1 更大帶寬

結(jié)合典型的5G 網(wǎng)絡(luò)基站配置參數(shù)，我們可以推算出5G 基站的回傳需要更大的帶寬來(lái)支持，5G 基站的回傳需要10GE 甚至是25GE 帶寬，5G 中頻基站對(duì)帶寬的需要將是4G 基站10-20倍。運(yùn)營(yíng)商的組網(wǎng)模式和類(lèi)型以及基站的數(shù)量等將會(huì)給5G 的城域傳輸?shù)膸捫枨螽a(chǎn)生巨大的影響，尤其是在接入、匯聚以及核心層。5G 前傳對(duì)帶寬的需求與很多方面有關(guān)，例如CU 與DU 在物理層面上的分割位置、基站的參數(shù)以及部署等。根據(jù)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(guò)渡到數(shù)字轉(zhuǎn)換之后再進(jìn)行分割；物理層中按照高層和低層進(jìn)行分割；物理層中按照高層和MAC 層之間進(jìn)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(duì)帶寬的需求，我們假定基站的相關(guān)參數(shù)如下所示：（1）如果是下行帶寬超過(guò)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(shù) 為 32T32R，映射數(shù)據(jù)流為下行 8 條流。（4）I/Q 量化比特為 2×16，調(diào)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(guān)的數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)我們可以看出，5G 前傳的帶寬需求與分割方式息息相關(guān)。因此，將來(lái)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(shí)

5G 業(yè)務(wù)最明顯的需求就是超低延時(shí)，這也是其關(guān)鍵性能之二。3GPP 在TR38.913 中對(duì)RAN 的兩種類(lèi)型用戶(hù)：eMBB 和uRLLC 的延時(shí)指標(biāo)進(jìn)行了明確的的要求。其中要求，eMBB 類(lèi)型的用戶(hù)面延時(shí)指標(biāo)為4ms，控制面延時(shí)指標(biāo)為10ms；uRLLC類(lèi)型的用戶(hù)面延時(shí)指標(biāo)為0.5ms，控制面延時(shí)指標(biāo)為10ms。為了能夠更好進(jìn)行延時(shí)指標(biāo)的分配，我們將5G 終端劃分成不同類(lèi)型：AAU、DU、CU 和核心網(wǎng)，其延時(shí)分配從T0到T8合計(jì)9個(gè)等級(jí)組成，詳細(xì)的分配如圖2所示。為了能夠確保uRLLC 類(lèi)型業(yè)務(wù)的用戶(hù)面0.5ms 的延時(shí)標(biāo)準(zhǔn)，則要求5G 終端、無(wú)線(xiàn)設(shè)備以及5G承載網(wǎng)等能夠?qū)ρ訒r(shí)指標(biāo)進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化，以保證延時(shí)標(biāo)準(zhǔn)要求。當(dāng)前，4G 的延時(shí)在20～50us 量級(jí)，5G 要求延時(shí)在50～100量級(jí)，因此要想達(dá)到5G 的延時(shí)標(biāo)準(zhǔn)必須做好無(wú)線(xiàn)設(shè)備、基站部署、承載網(wǎng)以及核心網(wǎng)的聯(lián)合優(yōu)化功能。

圖2 5G終端延時(shí)等級(jí)分配

1.3 高精度時(shí)間同步

高精度時(shí)間同步是5G 承載網(wǎng)的第三大需求，5G 承載網(wǎng)的高精度時(shí)間同步需求主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：基本業(yè)務(wù)層面、協(xié)同業(yè)務(wù)層面以及基站定位層面。（1）基本業(yè)務(wù)層面對(duì)時(shí)間同步的需求：其實(shí)現(xiàn)方式為網(wǎng)同步，對(duì)頻率同步的指標(biāo)要求是0.05ppm；對(duì)時(shí)間的同步要求是1.5us（3GPP）。（2）協(xié)同業(yè)務(wù)層面的時(shí)間同步要求：協(xié)同業(yè)務(wù)層面是5G 高精度時(shí)間同步需求的集中體現(xiàn)，其中業(yè)務(wù)類(lèi)型分為MIMO、發(fā)射分集，時(shí)間同步的實(shí)現(xiàn)方式為RRU內(nèi)同步，無(wú)需網(wǎng)同步，同步時(shí)間的指標(biāo)要求為65ns（相對(duì)）；帶內(nèi)連續(xù)CA，時(shí)間同步的實(shí)現(xiàn)方式為一般RRU 內(nèi)同步，此時(shí)便無(wú)需網(wǎng)同步;如果是可能站內(nèi) RRU 間同步，則此時(shí)需要網(wǎng)同步，同步時(shí)間指標(biāo)為260ns 或130ns（相對(duì)）；帶內(nèi)非連續(xù)或帶間 CA，時(shí)間同步的實(shí)現(xiàn)方式為網(wǎng)同步，同步時(shí)間指標(biāo)為3us（相對(duì)）。（3）基站定位等業(yè)務(wù)層面的時(shí)間同步要求：一般情況下，基于TDOA的基站定位業(yè)務(wù)是5G 網(wǎng)絡(luò)在提供車(chē)聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新型業(yè)務(wù)時(shí)必須提供的業(yè)務(wù)類(lèi)型。時(shí)間同步的實(shí)現(xiàn)方式為網(wǎng)同步，需要結(jié)合其它定位技術(shù)，時(shí)間同步要求是10ns（3m 定位精度）以及3ns（米級(jí)定位精度），但是要想實(shí)現(xiàn)這些指標(biāo)必須借助高精度的定位服務(wù)才能完成。

2 5G 承載網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)

5G 網(wǎng)絡(luò)從其結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)屬于一種混合異構(gòu)類(lèi)型網(wǎng)絡(luò)，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(wú)線(xiàn)混裝技術(shù)。伴隨著蜂窩覆蓋范圍的逐漸縮小，使得頻譜、頻寬等逐漸擴(kuò)大。隨著小范圍覆蓋面積逐漸縮減，最優(yōu)點(diǎn)的位置可能存在無(wú)法獲取的情況，并且小范圍難以繼續(xù)進(jìn)行分裂，因此只有通過(guò)優(yōu)化站點(diǎn)的部署方式來(lái)增加更多的低功率節(jié)點(diǎn)。超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的最大優(yōu)點(diǎn)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(lái)分析，要想實(shí)現(xiàn)超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)需要高速率的接入要求。從異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)這個(gè)層面來(lái)分析，超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)則需要一種可以進(jìn)行擴(kuò)展的幀結(jié)構(gòu)空中接口，用來(lái)接入不同頻率。超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)終端的使用情況和終端環(huán)境進(jìn)行大規(guī)模的預(yù)測(cè)，同時(shí)要求在網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)以及信道環(huán)境發(fā)生改變之前做好前攝管理。

2.2 大規(guī)模MIMO 技術(shù)

大規(guī)模MIMO 技術(shù)，其技術(shù)原理就是運(yùn)用多天線(xiàn)技術(shù)。大規(guī)模的天線(xiàn)陣列具備高分辨率、高度自由空間，借助天線(xiàn)的空分性可以將相同頻段資源同時(shí)為多個(gè)用戶(hù)進(jìn)行服務(wù)，具有高效的頻譜效率，可以很大程度上提升傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性。大規(guī)模天線(xiàn)技術(shù)的波束成形能夠?qū)⒉ㄊ拗圃诤苄〉姆秶畠?nèi)，可以顯著的降低干擾，同時(shí)減低發(fā)射所損耗的功率。大規(guī)模天線(xiàn)技術(shù)的特性決定了，有更多的空間自由，從而使得信道的反應(yīng)速度和準(zhǔn)確度有很大的提升，減低了因?yàn)楦鞣N情況對(duì)信道的干擾。但是由于大規(guī)模天線(xiàn)技術(shù)會(huì)占用大量的空間，比較復(fù)雜，通常情況下建議基站選用4天線(xiàn)技術(shù)較好。但是，大規(guī)模天線(xiàn)技術(shù)中會(huì)出現(xiàn)低功率的小型天線(xiàn)，因此大規(guī)模的天線(xiàn)技術(shù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)必須提前確定好，同時(shí)實(shí)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(shù)的是為了能夠很好的解決OFDM18載波旁瓣較高的問(wèn)題，在每一種載波無(wú)法實(shí)現(xiàn)同步的情況下，相鄰之間的載波會(huì)產(chǎn)生較大的干擾，在低頻段無(wú)法支持1G 以上帶寬等較高速率業(yè)務(wù)需求，基于此種情況提出了基于濾波組的多載波技術(shù)。其原理是在發(fā)端采用合成慮波組的形式來(lái)對(duì)多載波進(jìn)行調(diào)制，在終端通過(guò)對(duì)濾波組進(jìn)行分析來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)多載波的解調(diào)?？偠灾?，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(shí)，ISI 與ICI 會(huì)共同作用使得FBMC 的性能低于OFDM，因此需要借助MIMO 技術(shù)來(lái)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(yōu)點(diǎn)在于即使將各種干擾、損耗等考慮在內(nèi)的前提下，大氣窗口依然可以提供高達(dá)至少135 GHz 的帶寬。在當(dāng)前頻譜資源比較緊俏情況下，如果采用毫米波通信技術(shù)可以大幅度提升通信容量。但是，基于5G 超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)以及毫米波的波束窄特點(diǎn)，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(shí)大氣對(duì)毫米波吸收程度會(huì)降低對(duì)相鄰基站之間的干擾。

3 結(jié)束語(yǔ)

5G 時(shí)代的越來(lái)越近，但是目前5G 在我國(guó)應(yīng)用不夠廣泛，要想實(shí)現(xiàn)5G 需要更多的技術(shù)支撐。上文對(duì)5G 承載網(wǎng)的需求進(jìn)行了詳細(xì)分析，要想實(shí)現(xiàn)需要更大的帶寬、超低延時(shí)以及精度較高的時(shí)間同步。在5G 承載網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)方面，需要超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)、大規(guī)模MIMO 技術(shù)、FBMC 技術(shù)、毫米波通信等技術(shù)的支持。