5G 高低频无线协作组网及关键技术

浦恩彦，刁家侯

(广州杰赛科技股份有限公司,广东 广州 510310)

1 5G 组网的发展愿景

和4G 相比，5G 的性能更高，其不仅能够为用户提供0.1 ～1Gbps 的体验速率，也能够保证在每平方公里内包含一百万的连接数密度，此时用户不会出现和4G一样的延时情况，且每平方公里都能够达到数十Tbps 的流量密度。可以说，5G 组网发展过程中用户的体验速率、延时以及连接数密度均是评价5G 性能的重要指标[1]。在5G 组网架构过程中，其不仅要提升运营效率也需要提高网络运营水平。如表1所示为5G 和4G 的性能参数比较。

表1 5G和4G的性能参数

2 5G 高低频无线协作组网架构

2.1 NG-RAN 架构

通过对比发现，5G 基站在架构上也与LTE 之间存在着不同，5G 基站在基础的gNB 架构上，还需重新设计基本架构中的基站与核心网连接方式，尤其是在接口上的设计，需要进行更新，具体如图1所示。但和LET网络比较一致的是，gNB 也是借助4G 基站进行接口连接的，且该种接口将在NG 接口的辅助下和5G 核心网联系在一起。总体来说，gNB 主要负责承担热点，其借助NG-U 接口和5G 核心网相连接，并帮助用户平面相互连接，在该种情况下，各个接口能够在5G 核心网的管理下覆盖非热点区域以及基础通信区域，从而满足区域范围内的热点需求。

图1 5G系统基本架构

5G 网络在研究难点上和4G 不同，主要体现在四个方面：（1）5G 组网具备多频率共存的特征，而且多个层次可以重叠，研究上述问题能够促使5G 组网即便处于复杂的网络环境中，也能够有效增益性能。（2）受到5G自身网络带宽特点的影响，其天线的数量比较多，比较难以进行集中化管理。而5G 针对该方面问题展开研究，能够有效改善天线集中管理问题。（3）为确保5G 网络满足多个用户多频率传输需求，需要研究网络连接的话务处理问题，明确话务在前传方面的多次转发情况。（4）5G 系统在开发的时候探究了硬件资源池集中实现方面的问题。鉴于上述情况，早在2017年开始研究5G 技术的会议当中就已经考虑对无线资源控制层以及分组数据会议协议进行分割处理，并且形成了如图2所示的分割设计图。

图2 5G网络分割设计方案示意图

2.2 双层组网架构

5G 网络在架构过程中注重控制用户分离并对用户进行统一化管理，因此，针对平面控制以及用户平面的分离，设计出具体的架构图，如3所示。

图3 双层组网平面架构图

从图3中的信息可以了解到，该平面架构图在设计的时候包含宏基站以及LPN，两者能够呈现出本次双层组网架构中所具备的基础覆盖功能和热点覆盖功能。而在整个平面架构接入系统结构来看，主要分为2个接入子系统，其分别是宏蜂窝通信控制以及LPNs 通信。上述平面架构均处于宏基站的覆盖范围内，宏基站将会为用户提供低频段的数据信息，并且处于LPN 范围内的用户将接受到宏基站所提供的低频段控制信息和高频段数据信息。总结上述平面架构设计，主要体现三个方面的设计特征：（1）基站处于集中控制状态。在上述平面布局中，部分LPN 被划归到同一个集群当中，并且该集群比较容易实现在区间范围内进行干扰和控制，该区间内用户的热点需求均能够得到满足，且用户体验速率也比较高。（2）上述平面架构中有部分LPN 本身仅具备数据方面的功能，其并没有过度注重对其他功能性的开发，该种设计方式有利于控制运营商布局成本，避免造成资源浪费。（3）如果用户数量本身就比较少，那么基站可以对用户进行检测，并且能够确保为用户提供优质的服务，但却也会在检测到用户数量减少的情况下关闭部分基站，避免产生过多能耗。

3 5G 组网关键技术

3.1 无线回程技术

所谓无线回程技术，主要是指在5G 组网架构过程中，无线数据流量呈现出指数增长的状态，该种增长导致无线网络在部署上逐渐趋于密集化。而在热点地区大量部署LPN，能够有效控制5G 组网的布置成本，并且强化组网管理力度，为用户提升用户体验，促使组网架构的可靠性增强。但是，为确保LPN 能够更加高效的传输用户数据，研究人员需要考虑到回程技术的优化。目前组网架构中所采用的回程方式主要是光纤回程，尽管该种回程方式本身能够高效且稳定的传输数据信息，但在国建无线网络的时候，部分热点部署地区本身并不具备布设光纤回程的条件，且光纤回程本身投资就比较大，但回报周期却比较长，这会导致光纤回程的应用受到限制，而网络架构过程中对于光纤回程的应用范围也受到限制。无线回程技术的应用打破光纤回程的限制，其不仅成本比较低，且部署条件也更加宽泛，能够改善原本LPN 需要采用有线回程方式的问题。在5G 技术快速发展的情况下，LPN 逐渐步入到超密集部署阶段，此时采用无线回程技术作为信息传输方式，其更能够转变无线回程链路，并且满足高数据容量传输需求。

3.2 干扰协调技术

在进行5G 组网架构期间，其需要对宏基站和LPN两个方式来进行高频段和低频段的信息传输部署，但也是因为注重两个层面部署工作，反而忽视系统当中所存在的跨层干扰问题。在LPN 部署越来越密集的情况下，LPN 部署的数量越多，不同LPN 之间的间距就越来越近，其所产生的干扰问题也会更加突出。此时LPN 将会对周边基站造成较为复杂的干扰网络，进而影响到整个组网系统的功能性。如果没有针对该种干扰应用干扰协调技术，很有可能会导致整个组网的能量效率受到限制。

为改善上述问题，在5G 组网架构过程中应用了干扰协调技术，该数据能够切实改善基站之间的干扰问题，并且在满足LPN 部署数量的情况下，避免LPN 的功率计协调性受到限制。小区干扰协调技术虽然能够避免LPN 的干扰网络问题，但却对信道干扰束手无策，且因为5G 用户的数量还处于井喷式增长状态，这让信道使用的频率还在持续增加，而在该种情况下，原本采用的干扰协调技术弊端逐渐暴漏出来。技术人员研究出第三代协调干扰技术，该技术被命名为合作伙伴计划，该计划促使小区之间的干扰协调性技术增强，也为空白帧的发射预留足够空间，确保在传输参考信号的时候，数据信号传输得到有效控制，能够促使基站的子帧利用率受到协调和控制。

4 结束语

尽管当前5G 网络还没有完全普及，且关于接入网的架构也并没有明确具体标准，但4G 网络明显无法满足当前用户对于网络应用方面的需求。为此，5G 网络在构建过程中需要注重对各项关键技术的应用，不仅在理论上达到应用观点的统一，也在尽快将应用理论转变为实践经验，从而切实推动5G 技术的快速发展。