IMT-2020定義的5G UDN應用場景性能名額與現有技術的差距 | 帶你讀《5G UDN（超密集網絡）技術詳解》之十七

第 3 章 5G UDN 技術概述

第十六節：Pre5G概念簡介

5G UDN 的核心特點，可用 4 個詞來高度抽象地概括，基站小型化、 小區密集化、節點多元化和高度協作化。5G UDN 以 4G LTE 微蜂 窩和小小區的技術為雛形基礎，總目标發展成系統容量更大、綜合性能 佳、成本更低、更加智能的異構蜂窩網絡。

随着各種智能終端和移動業務應用的廣泛普及和深入，在過去 10 年中，移 動通信業務的資料量，經曆了爆發式的增長。業界普遍認為，未來的蜂窩移動 網絡将是一個全移動化、萬物互聯的大異構網絡。為了滿足未來不斷增長的新 系統容量和無線覆寫的需求，5G 系統從下面的三大次元進行了深入研究。移動 通信的發展曆史表明，小區分裂疊加（蜂窩移動小區在空間域、頻域的部署和覆寫變得更多更密集）、更大的系統工作帶寬（單個服務小區能夠支援更寬的載 波資源）、更高的無線頻譜效率（利用 5G 各種更先進的實體層技術進一步提升 譜效）是無線系統容量提升的三大關鍵支柱，同時也能提升蜂窩移動無線覆寫 的廣度和深度。圖 3-1 為業界有名的蜂窩系統容量立方圖，形象地說明了這一發展規律。

5G 系統仍将依托于這三大支柱來實作網絡容量和性能快速增長的目标，比 如，開發具有更大帶寬的中高頻載波資源、增強的載波聚合和多連接配接技術、采 用更大規模的多入多出傳輸技術（Massive MIMO）、波束賦形定向技術、新的 空口波形、新的調制編碼技術（如 NR 實體資料信道采用 LDPC 碼，實體控制 信道采用 Polar 碼）等來進一步提高無線頻譜效率。但是沿着“大帶寬”和“高 頻譜效率”的次元發展，由于伴随着較大的研發複雜度和硬軟體成本，通常有 相應的工程實作方面的極限，進而系統增益每向前推進 1 倍，都會耗費較大的 研發投入或 IPR 專利風險。而與“大帶寬”和“高頻譜效率”相對比，“小區密 集化”部署和 UDN 技術，則更顯得直截了當和立竿見影，更容易凸顯出成熟 系統已有成熟裝置的穩定性優勢和市場研發規模效應。客觀上，随着更高頻率 （比如可高達 100 GHz）資源的開發使用，5G 高頻服務小區通常都以小小區方 式部署的，由于小小區天然的無線覆寫小，是以為了獲得高頻的連續覆寫，密 集化部署方式勢在必行。通過結合利用過去各種已成熟的高度協作機制，如幹 擾協調抑制技術、載波聚合技術、多連接配接、協作多點傳輸等先進技術，小小區 的密集化部署更容易以低成本、高性能的方式為 5G 大異構網絡帶來強大的系 統容量和無線覆寫，還有提升使用者通信體驗其他諸多方面的增益。

| 3.1　IMT-2020定義的5G UDN應用場景性能名額與現有技術的差距

5G UDN 一系列相關技術的研究，都是以具體的部署場景為驅動的，要求 能對各種場景先模組化仿真，盡可能反映客觀實體環境。計算機模拟仿真處理能 力的巨大提升，使得這一研究方法成為可能。在現實生活中，各種具體的部署 應用場景種類繁多、數量巨大，但很多場景從模型的實質和“用例性原則”的 角度看，相似度很高，待解決的核心問題及使用的關鍵技術手段都具有共性。 是以最好能根據待研究對象目标，對模型本質上相似的場景進行抽象、概括和 歸類。

根據蜂窩業務應用場景的統計性特點、無線幹擾情況及信道傳播環境，中 國 IMT-2020 組織歸納出了六大類典型的 5G UDN 部署應用場景如圖 3-2 所 示，即密集住宅區或街區、辦公室、購物中心 / 火車站 / 機場、體育場 / 集會、 較高價的電梯大廈、地鐵。下面将先簡要介紹這些主要場景下的無線環境特點、使用者分布業 務特點、網絡回程條件、參考信道模型等，以及所面臨的關鍵技術問題。

場景一：密集住宅區或街區

該場景下，同時存在室内相對靜止狀态及室外低速遊牧狀态的終端使用者， 終端的分布密度較高，上下行業務資料流量比較均衡。這個場景中的蜂窩業務 類型豐富多樣，包括視訊業務、FTP 業務、網頁浏覽、實時遊戲等，需要針對 混合類業務的資料傳輸進行研究。在高密度部署基站節點的情況下，系統的邊 緣問題（包括幹擾協調及移動性管理）将變得更加突出。如何有效地解決小區 邊緣問題，讓不同實體位置的終端都有一緻的、高品質的使用者通信體驗，這是 場景一中重點待研究的問題之一。

由于住宅使用者對基站類設施和電磁輻射較敏感，基站節點的有效部署、管 理和維護是這個場景面臨的另一個挑戰。無線自回程技術使基站節點的靈活部 署成為可能，極大地降低了網絡的投資營運成本。無線自回程鍊路的容量增強 也是一個需要研究的問題，因為在使用無線自回程部署基站節點時，除了接入 鍊路之間的幹擾，還需要考慮回程鍊路之間以及回程鍊路與接傳入連結路之間的幹 擾，是以，如何識别不同特征的幹擾并實作有效的幹擾管理及控制，也是這一 場景需要解決的關鍵問題。

如何利用街道兩旁室内的基站節點，為室内外的終端使用者一起提供接入服 務，它可以充分利用室内現有的有線回程鍊路（通常為非理想的回程鍊路），進 一步降低部署成本。圖 3-3 所示為利用室内基站節點，去覆寫室外終端使用者的 可行性評估。比如，當 RSRP 接入門限為 -105 dBm 時，室内 LPN 能夠覆寫到室外 23m 的範圍，基本可以滿足密集街區的覆寫要求。

密集住宅區或街區場景環境下的參考信道模型示意如下。

（1）大尺度路徑損耗 宏基站：ITU UMa，小基站：ITU UMi；宏基站：3D UMa，小基站：3D UMi。

（2）小尺度衰落 宏基站：ITU UMa，小基站：ITU UMi；宏基站：3D UMa，小基站：3D UMi。

（3）穿透損耗（參考小小區穿透損耗） 2 GHz 室内 UE：20 dB + 0.5din；3.5 GHz 室内 UE：23 dB + 0.5din； 室外 UE：0dB。

（4）室外 ITU UMa，ITU UMi 或 METIS UMa，METIS UMi。

（5）室内： ITU InH 或 METIS InH 或 3GPP Dual Strip。

場景二：辦公室

辦公室為室内中等使用者密度的場景，終端主要處于相對靜止狀态，以 FTP 類業務或視訊通信類業務為主，受限于工作環境，蜂窩業務類型一般不會特别 的混搭多樣。這一場景一般通過室内高密度部署的 LPN 節點，來提供高品質、 高容量的資料傳輸服務（通常辦公環境要比家用環境的網絡性能要求更高）。如果辦公區域内無厚牆的阻隔，小區間的幹擾較為嚴重。辦公室場景的實體範圍有限，多為企業級應用，有條件部署理想的有線回程鍊路，且高部署成本可以 接受。是以，這個場景可以在理想回程鍊路的假設條件下展開研究，有可能達到 5G UDN 的容量和性能上限。高密集部署會使得每個基站節點服務的終端數 降低，某些基站節點可能會處于中、低負載狀态，且産生上下行業務資料量不對稱和波動較大。為了在上下行業務資料量波動時，能充分地利用無線資源，該場景有可能使用上下行資源動态配置設定技術。是以，除了同方向幹擾以外，還可能出現上下行鍊路之間的互幹擾。

辦公室場景環境下的參考信道模型示意如下。

（1）大尺度路徑損耗

• 2 GHz 小基站：3GPP Dual Strip；
• 3.5 GHz 小基站：3GPP Dual Strip。

（2）小尺度衰落

小基站：ITU InH。

（3）穿透損耗

• 2 GHz 室内 UE：20 dB + 0.5din；
• 3.5 GHz 室内 UE：23 dB + 0.5din；
• 不同層間穿透 18.3 n［（n+2）/（n+1） -0.46］dB，參考 3GPP Dual Strip 中對層間穿透的計算；
• 内牆損耗 5 dB，參考 3GPP Dual Strip 中對内牆穿透的計算。

5G UDN 具體的部署場景