简析5G超密集组网技术及其规划部署

简析 5G超密集组网技术及其规划部署

吴慧玲

广西华南通信股份有限公司 广西南宁

【摘要】当前，随着无线网络的快速发展，为满足未来数据流量的高速增长、以及不断涌现的新业务，5G移动通信网络应运而生。而5G网络的实现和发展，离不开超密集组网这一关键技术。因此，加强对5G超密集组网技术研究及其规划部署，对推动5G网络建设具有重大意义。

【关键词】5G；超密集组网；规划；部署；

引言

5G网络采用频谱资源的空间复用技术和协同组网模式，可以大幅度提升系统的容量。通过缩小小区半径，采用超密集网络组网部署，可以显著提升频谱效率，灵活解决网络覆盖等问题。因此，超密集网络作为5G的关键技术之一，将为网络数据流量爆炸式增长和终端连接问题提供有效解决方案，是满足5G以及未来移动数据流量需求的主要技术手段。研究5G超密集组网及其规划部署，是相关技术人员面临的一个重要关键课题。

一、5G超密集组网概述

5G即第五代移动通信网络，是在4G基础上发展而来的一种新型通信技术。5G网络部署场景可分为连续广域覆盖、热点高容量、低功耗大连接、低时延高可靠等4种典型部署场景，为了满足热点高容量场景的高流量密度、高峰值速率和用户体验速率的性能指标要求，基站间距将进一步缩小，各种频段资源的应用、多样化的无线接入方式及各种类型的基站将组成宏微异构的超密集组网架构【1】。通常，5G超密集网络由承担基础覆盖的宏基站和负责热点覆盖的微小区、微微小区、家庭基站等多种类型的低功率接入点组成，通过在热点地区增加“密集化”的低功率无线网络基础设施部署，使接入点更靠近移动终端，5G网络可获得更高的频率复用效率，从而在局部热点区域实现百倍量级的系统容量提升，达到提高系统容量和实现无缝覆盖的目的。

二、超密集组网的推动因素

为了解决未来移动网络数据流量增大以及用户体验速率提升的需求，一般通过増加频谱带宽和利用先进的无线传输技术提高频谱利用率即可达成目的，但通过加密小区部署提升空间复用度，无疑才是提升无线系统容量最为有效的办法。5G网络引入超密集组网技术，提高了单位面积频谱效率，而基站覆盖半径将由以前4G覆盖半径的数百米逐渐缩小到几十米，该变化也直接导致了小区数量和基站密度的增加，从而使网络结构变得越来越复杂。随着覆盖范围进一步缩小,小区分裂将很难进行，在此改变推动下，5G网络需要在室内室外热点区域密集部署低功率小基站，形成超密集组网。另外，为了降低5G网络的建设成本，借助于超密集组网的网络结构缩短了用户终端与节点之间的空间距离，使得5G网络的功率与频谱效率有效提升，实现了不同数据访问业务之间的有效接入与沟通，解决了网络覆盖和网络容量的问题。

三、5G超密集组网关键技术

在5G组网建网中，多连接技术和无线回传技术是实现超密集组网的关键技术。

（1）多连接技术。5G网络是通过宏微异构组网的，微基站大多在热点区域局部部署，微基站或微基站簇之间会存在非连续覆盖的漏洞。因此对于宏基站来说，要确保能够拥有与信令基站相对应的控制面功能，并兼顾提供微基站未部署区域的用户面数据承载。多连接技术的主要目的在于实现用户终端与宏微多个无线网络节点的同时有效连接。在宏基站运行过程中，针对微基站对应的用户面，是不需要进行处理的。宏基站与微基站之间，也可以不需要完全同步，该种方式能够在一定程度上减少对链路性能的高要求【2】。在多连接模式下，宏基站作为多连接模式的主基站，提供集中统一的控制面；微基站作为多连接的辅基站，只提供用户面的数据承载。主基站和辅基站对无线资源管理功能进行协商后，辅基站会将一些配置信息通过X2接口传递给主基站，最终无线资源消息通过主基站发送给用户，用户会看到从一个RRU(射频单元)发送来的所有消息。用户除了分布于微基站，还存在于宏基站，由于宏基站也提供了数据基站的功能，因此可以解决微基站非连续覆盖处的业务传输问题。

（2）无线回传技术。现有的无线回传技术主要是在视距传播环境下工作，主要工作在微波频段和毫米波频段，传播速率可达10Gbit／s。当前无线回传技术，与现有无线接入技术使用的技术方式和资源存在一定的差异。在现有的网络架构中，基站之间横向通信，会存在延时情况，基站无法实现即插即用，而底层回传网络针对各项功能，也无法起到良好的支持与保障作用。为了提高节点部署的灵活性，可以使用与接入链路相一致的频谱以及技术进行无线回传传输。该种无线回传方式，无线资源不仅可以提供良好终端服务，还可以为节点提供良好的中继服务。无线回传技术的优势主现在：①不需要有线连接，支持灵活的传输节点部署，有效降低部署成本；②与接入链路一起共享频谱和无线传输技术，减少频谱费用和硬件成本；③通过接入链路与回传链路的联合优化，系统可以根据网络负载情况，自适应地调整资源分配比例，提高资源使用效率；④由于使用授权频谱，通过与接入链路的联合优化，无线回传的链路质量可以得到有效保证，大大提高传输可靠性。

四、5G超密集组网规划部署

1、部署模式

在5G超密集组网需求场景中，对于高流量热点区域容量保障，是通过部署微基站扩充网络容量，对于覆盖补盲，则是通过建设微基站来补充覆盖。通常而言，5G超密集组网主要有宏基站+微基站和微基站+微基站两种部署模式。（1）宏基站+微基站部署模式。在这个部署模式中，如果从业务层面进行分析，宏基站通常情况下，会被应用在低速率业务以及移动性较高的业务中，开展相应传输工作，微基站通常情况下会被应用在提供高宽带业务中。上述功能的实现，促使宏基站得到覆盖，为微基站资源管理目标的实现打下良好基础[3]。在这种规划部署模式中，宏基站作为主基站，负责区域内的信令基站控制、所有微基站接入控制、无线资源协调、移动性管理、干扰协调和区域外基站切换控制、以及没有微基站覆盖区域的数据承载等。微基站只负责覆盖范围内的数据承载和容量，实现数据分流的目的。宏基站和微基站采用不同RAT技术，微基站采用与接入频谱相同的方式进行无线回传。终端侧则采用多连接技术同时连接微基站和宏基站，实现了控制和承载分离，解决了频繁切换。控制与承载分离之后，超密集组网可以实现覆盖与单独分别进行规划设计和优化工作，使得多次切换实际问题可以得到更好解决。该种部署模式，不仅可以促使各项资源得到合理应用，而且可以在一定程度上为用户带来良好体验。在实际部署时，要对各方面问题进行充分考虑与分析，将宏基站+微基站部署模式的优势真正发挥出来；（2）微基站+微基站部署模式。在这个部署模式中，不同于宏基站+微基站部署模式，没有一个可以覆盖整个区域的基站，而是将成片微基站构成一个微基站簇，通过虚拟小区技术将微基站簇构建成由一个虚拟宏小区和多个物理微小区组成的多层网。因此，在部署之前，技术人员要及时做好虚拟宏小组构建工作，并分配簇内多个微基站进行部分资源共享，如信号共享、信道共享和载波共享等。此时同一簇内的微基站中，通过在此相同的资源上进行控制面承载的传输，实现控制与承载分离。技术人员在进行虚拟宏小区构建时，可以通过在单载波配置的基站上实现，也可以在多载波配置的基站上实现。如果基站配置单载波，可通过不同信号或信道构建虚拟宏小区。如果基站配置多载波，可通过不同载波构建虚拟小区。在网络负载较低情况下，终端可以实现接收分集增益，这样接收信号质量也将会得到提升与保障。在网络负载较高背景下，不同微基站自身都可以作为单独小区，从而实现对信息的发送，使得小区分裂这一目标得以实现，提升网络容量。这个部署思路，同样能够将数据面与控制面进行分离，实现了与宏基站+微基站模式相同的目的。

2、规划部署要点

针对5G网络超密集组网场景特点和业务需求，在网络规划部署中，要遵循无线网络功能部署原则：即时延敏感网络功能部署在接人层侧，时延不敏感网络功能部署在接入高层节点或汇聚节点侧。另外，还要充分结合实际网络环境和设备平台条件考虑以下具体需求：（1)针对低功率小基站部署，所有无线时延敏感功能需要贴近用户侧部署，根据需求部署无线回传功能和增强自组织网络功能，同时充分结合大规模天线、超高频谱资源等新型无线接人技术；（2)依据场景拓扑结构和站间传输实际条件，在干扰严重区域，考虑部署基于集中式无线协同功能或 基于分布式的干扰协同管理功能；（3)随着低功率无线接入节点间距不断缩小，系统频繁切换可能成为网络性能瓶颈所在。规划部署时，可以考虑启用控制与承载分离功能，由宏基站提供统一的网络覆盖服务。宏基站使用低频段高功率发射，微基站使用高频段低功率发射，充分利用宏基站覆盖性能的连续性，改善超密集微基站组网下 的无线干扰和频繁切换问题；（4)依据热点高容量场景下的业务应用分布，在接入网边缘或接人节点位置部署部分核心功能，包括边缘计算功能、本地网关功能等；（5)为了进一步提高用户体验速率，在基站间传输带宽充足的情况下，可以考虑部署多连接功能，通过跨制式用户面数据聚合，实现更高系统峰值速率和用户体验速率；（6）站址规划部署时，超密集组网规划部署较传统的无线网络规划有所区别，其主要特点是：①站址选择多元化。大量小功率微型基站密集部署在特定区域，而在传统宏蜂窝部署中，相当一部分站址未经过严格规划，通常选择在方便部署的位置；②站间距较小。密集部署，通过小区微型化提高频谱效率，为了提供连续覆盖，站间距显著减小。（7）合理利用大数据和精细化仿真进行规划部署。在5G超密集组网下，5G网络覆盖会从以往3G/4G的几百米缩小至几十米，这导致了小区数量增多，基站密度变大，使得网络结构更加复杂。在以往网络规划部署中，很多都是将传统传播模型作为基础架构，而传统传播模型己经不再适合当今5G网络规划发展。因此，在5G网络规划部署设计中，要对大数据技术进行合理应用，将大数据技术中的分析手段优势以及精细化仿真优势充分发挥出来，这样才使得5G网络规划更加精准化、更加统一。在传统3G/4G网络规划部署中，只有通过路测方式或投诉方式，才能发现网络存在的问题，此类方式较为简单，会消耗大量人力、物力和时间成本。而在5G超密集组网技术应用下，用户动态可以提交相应的MR数据，然后对MR数据进行分析与研究，利用测试指纹库与MR数据进行有效对比与配备，从而做出准确定位，不需要花费更多的人力、物力以及时间成本，测试结果也相对准确。该种工作方式，工作效率相对较高，能够实现对不同信息的全面掌握。

五、结语

总之，通过以上探讨了5G 超密集组网技术和组架构，得知了承载和控制分离是解决5G超密集组网的中心主题，因此在实际的5G超密集组网规划部署工作中，技术人员应结合实际情况，采用最为合理的技术方案和部署方式，把5G网络优势真正发挥出来，达到高质量组网建网的目的。

【参考文献】：

[1]苏雄生. 面向5G网络的超密集组网探讨[J]电信快报：网络与通信.2017(12)　

[2]曹慧娟.杨磊5G超密集组网规划研究与设计[J]中国新通信.2019 (17)

[3]付道繁.5G网络技术特点及无线网络规划思路探讨[J]电信快报.2018(09)