為了使得超密集網絡能夠在一定程度上解決上述問題,5G引入了分布式無線網絡架構(DistributedRadioNetworkArchitecture)的概念。
所謂分布式無線網絡架構是相對于集中式無線網絡架構而言的。傳統的無線通信網絡架構就是集中式的網絡,集中式網絡的特點是所有的基站無論大小都會與核心網直接連接配接,各自将資訊傳送回核心網(專業術語是“回傳”,Backhauling),由核心網進行路由和交換處理。但由于 5G網絡是超密集的網絡,區域内的基站非常多,如果采用這種方式,就意味着大量的回 傳線路,無論是成本上還是技術上都是不現實的。而在 5G的分布式無線網絡架構中,基站的角色是不同的。
可以覆寫 10km 左右的宏蜂窩基站(Macrocell)、2km 左右的微蜂窩基站(Microcell)、用于室内覆寫的微微蜂窩基站(Picocell)以及便攜式的飛蜂窩基站(Femtocell)。這些不同尺度的基站将分不同層次部署,彼此之間可以通信。
由宏蜂窩基站統一協同區域内的微蜂窩基站,每一個微蜂窩基站既是與使用者終端通信的基站,同時也是一個中繼基站,它們把使用者終端的通信資料,回傳宏蜂窩基站,再由宏蜂窩基站回傳到核心網。微蜂窩基站還可以幫助更小單元的微微蜂窩基站,甚至可以幫助鄰近的其他微蜂窩基站進行中繼連接配接到宏蜂窩基站,這種通過多次中繼連接配接到宏蜂窩基站的技術稱為多次跳躍技術(Multi-Hopping)。由于多次跳躍技術的實施,就不需 要每一個基站都進行回傳線路的連接配接,這就使得回傳線路的成本大大降低。5G多層次的蜂窩基站部署架構見圖 2-7。
這種分布式網絡的分層架構,可以實作由宏蜂窩基站統一進行使用者裝置在不同微蜂窩基站下切換的管理,而微蜂窩基站隻負責與使用者裝置之間傳遞資料,這樣既有效地解決了使用者在密集的蜂窩網絡上頻繁建立和拆除通信連接配接的問題,也大大提升了網絡服務的連續性和資料傳輸的可靠性。盡管通過分布式無線網絡可以解決一部分5G超密集網絡的問題,但是,還是無法解決全部問題,如網絡建設與運維成本等。畢竟 5G基站數目會因為超密集網絡建設而成倍增加,這必然會導緻網絡建設成本的大幅提升。
這個問題我們在後面的章節還會深入讨論。
圖 2-75G多層次的蜂窩基站部署架構
從實際應用角度來看,超密集網絡一定會有選擇地部署在熱點場景區域,并且隻會為超高帶寬的應用場景服務。它将是對于傳統蜂窩網絡架構的補充,而不可能全部替代傳統蜂窩網絡架構。
需要說明的是,認為 5G 通信全部是采用毫米波的了解是錯誤的。事實上,國際電信聯盟(ITU)截至目前已經為5G通信開辟了 3 個頻段範圍,分别是 1GHz以下的頻段、3~6GHz的頻段,以及 24GHz以上的毫米波頻段。這也正是為了使得 5G 網絡可以通過采用不同的頻段來建構多樣化的網絡。圖 2-8反映了部分國家和歐盟的頻率配置設定情況。
圖 2-8全球部分國家和歐盟的 5G頻率配置設定情況
對于實作 eMBB的需求而言,1GHz以下的頻段在理論上就不具備支援能力;1~6GHz的頻段,雖然在理論上可以滿足帶寬需求,但在實際操作中需要将原來的頻段進行大規模的重新配置設定,這會涉及很多現有已經使用該頻段的機構,這是非常難以實際操作的。是以,高達 400MHz帶寬的超高移動寬帶應用隻能采用 24GHz以上的毫米波通信,并以超密集網絡的形式實作,這些應用就必定是那些小空間的資料流量非常集中的應用。而那些工作在 6GHz 以下頻段的應用,雖然在各種展示中可能被冠以eMBB應用之名,但它們都不是真正意義上的5GeMBB應用。
就目前而言,5G超高帶寬應用比較成熟的案例依然是以“CutTheCord”為主題的固定無線通信(FixedWirelessCommunication,FWC)應用(見圖2-9)。在這種場景下,相當于兩個固定的無線通信裝置以毫
米波形式進行通信進而替代光纖或其他有線線纜的部署。由于 FMC 的部署方式靈活靈活、成本低,易于維護,是以它很适用于一些不發達區域,或者地形比較艱險的區域的通信鍊路的建立。不過,FMC并非是嚴格意義上的移動通信應用。5G通信所定義的eMBB應用需要能夠支援在移動狀态下的高帶寬通信(如 8K高清視訊等的移動傳送)。這也是我們甄别一個應用系統是否真正實作了 5GeMBB能力的判斷依據。
圖 2-9固定無線通信
eMBB是人們非常期待的 5G應用場景,也是 5G的三大應用場景之中與消費者市場關聯最密切的應用場景。而這一切必須基于通信裝置廠商 與營運商對于毫米波通信的深刻了解與運用,嚴格來說,目前大家仍在路上。