关于面向5G 的承载网需求分析及关键技术探讨

张俊斌

（中国电信集团有限公司阳泉分公司，阳泉 045000）

1 5G 的承载网需求分析

1.1 更大带宽

结合典型的5G 网络基站配置参数，我们可以推算出5G 基站的回传需要更大的带宽来支持，5G 基站的回传需要10GE 甚至是25GE 带宽，5G 中频基站对带宽的需要将是4G 基站10-20倍。运营商的组网模式和类型以及基站的数量等将会给5G 的城域传输的带宽需求产生巨大的影响，尤其是在接入、汇聚以及核心层。5G 前传对带宽的需求与很多方面有关，例如CU 与DU 在物理层面上的分割位置、基站的参数以及部署等。根据最新的研究情况，CU 与DU 在物理层面上的分割并不是的那一的，而是存在多种分割方案，最典型的方案包括了：从射频模拟过渡到数字转换之后再进行分割；物理层中按照高层和低层进行分割；物理层中按照高层和MAC 层之间进行分割。如图1所示：

图1 CU与DU物理层分割方式

为了能够推算出5G 前传对带宽的需求，我们假定基站的相关参数如下所示：（1）如果是下行带宽超过上行带宽，我们只考虑下行带宽即可。（2）假定工作频段为3.4GHz～3.5GHz，工作的频宽为100MHz。（3）MIMO 参 数 为 32T32R，映射数据流为下行 8 条流。（4）I/Q 量化比特为 2×16，调制格式为下行256QAM。

表格1 5G前传带宽需求推算示例

参考相关的数据，不同的分割方式5G 前传带宽需求推算如表1所示。从表中的数据我们可以看出，5G 前传的带宽需求与分割方式息息相关。因此，将来为了能够5G 前传的传输需求，所需要的带宽将以25GE 为核心。

1.2 超低延时

5G 业务最明显的需求就是超低延时，这也是其关键性能之二。3GPP 在TR38.913 中对RAN 的两种类型用户：eMBB 和uRLLC 的延时指标进行了明确的的要求。其中要求，eMBB 类型的用户面延时指标为4ms，控制面延时指标为10ms；uRLLC类型的用户面延时指标为0.5ms，控制面延时指标为10ms。为了能够更好进行延时指标的分配，我们将5G 终端划分成不同类型：AAU、DU、CU 和核心网，其延时分配从T0到T8合计9个等级组成，详细的分配如图2所示。为了能够确保uRLLC 类型业务的用户面0.5ms 的延时标准，则要求5G 终端、无线设备以及5G承载网等能够对延时指标进行联合优化，以保证延时标准要求。当前，4G 的延时在20～50us 量级，5G 要求延时在50～100量级，因此要想达到5G 的延时标准必须做好无线设备、基站部署、承载网以及核心网的联合优化功能。

图2 5G终端延时等级分配

1.3 高精度时间同步

高精度时间同步是5G 承载网的第三大需求，5G 承载网的高精度时间同步需求主要体现在三个方面：基本业务层面、协同业务层面以及基站定位层面。（1）基本业务层面对时间同步的需求：其实现方式为网同步，对频率同步的指标要求是0.05ppm；对时间的同步要求是1.5us（3GPP）。（2）协同业务层面的时间同步要求：协同业务层面是5G 高精度时间同步需求的集中体现，其中业务类型分为MIMO、发射分集，时间同步的实现方式为RRU内同步，无需网同步，同步时间的指标要求为65ns（相对）；带内连续CA，时间同步的实现方式为一般RRU 内同步，此时便无需网同步;如果是可能站内 RRU 间同步，则此时需要网同步，同步时间指标为260ns 或130ns（相对）；带内非连续或带间 CA，时间同步的实现方式为网同步，同步时间指标为3us（相对）。（3）基站定位等业务层面的时间同步要求：一般情况下，基于TDOA的基站定位业务是5G 网络在提供车联网、工业互联网等新型业务时必须提供的业务类型。时间同步的实现方式为网同步，需要结合其它定位技术，时间同步要求是10ns（3m 定位精度）以及3ns（米级定位精度），但是要想实现这些指标必须借助高精度的定位服务才能完成。

2 5G 承载网关键技术

2.1 超密集异构网络

5G 网络从其结构上来说属于一种混合异构类型网络，它是借助宏站与低功率单基站共同组成的覆盖了融Wi-Fi、4G、LTE、UMTS 等多种无线混装技术。伴随着蜂窝覆盖范围的逐渐缩小，使得频谱、频宽等逐渐扩大。随着小范围覆盖面积逐渐缩减，最优点的位置可能存在无法获取的情况，并且小范围难以继续进行分裂，因此只有通过优化站点的部署方式来增加更多的低功率节点。超密集异构网络的最大优点就是可以使频率、频谱、效率等能够有显著的提升，但是也存在一定的弊端。从物理层来分析，要想实现超密集异构网络需要高速率的接入要求。从异构网络这个层面来分析，超密集异构网络则需要一种可以进行扩展的帧结构空中接口，用来接入不同频率。超密集异构网络根据终端的使用情况和终端环境进行大规模的预测，同时要求在网络状态以及信道环境发生改变之前做好前摄管理。

2.2 大规模MIMO 技术

大规模MIMO 技术，其技术原理就是运用多天线技术。大规模的天线阵列具备高分辨率、高度自由空间，借助天线的空分性可以将相同频段资源同时为多个用户进行服务，具有高效的频谱效率，可以很大程度上提升传输的可靠性和稳定性。大规模天线技术的波束成形能够将波束限制在很小的范围之内，可以显著的降低干扰，同时减低发射所损耗的功率。大规模天线技术的特性决定了，有更多的空间自由，从而使得信道的反应速度和准确度有很大的提升，减低了因为各种情况对信道的干扰。但是由于大规模天线技术会占用大量的空间，比较复杂，通常情况下建议基站选用4天线技术较好。但是，大规模天线技术中会出现低功率的小型天线，因此大规模的天线技术拓扑结构必须提前确定好，同时实际信道之间的正交性也同样必须提前确定好。

2.3 FBMC

FBMC 技术的是为了能够很好的解决OFDM18载波旁瓣较高的问题，在每一种载波无法实现同步的情况下，相邻之间的载波会产生较大的干扰，在低频段无法支持1G 以上带宽等较高速率业务需求，基于此种情况提出了基于滤波组的多载波技术。其原理是在发端采用合成虑波组的形式来对多载波进行调制，在终端通过对滤波组进行分析来进一步实现多载波的解调。总而言之，OFDM 与FBMC 相比较而言，前者具备较大的能量效率。但是，如果存在CSI 不理想的状况时，ISI 与ICI 会共同作用使得FBMC 的性能低于OFDM，因此需要借助MIMO 技术来提升FBMC 性能。

2.4 毫米波通信

毫米波频段的频率通常在30-300 GHz，其最大的优点在于即使将各种干扰、损耗等考虑在内的前提下，大气窗口依然可以提供高达至少135 GHz 的带宽。在当前频谱资源比较紧俏情况下，如果采用毫米波通信技术可以大幅度提升通信容量。但是，基于5G 超密集异构网络以及毫米波的波束窄特点，在基站间距离不到200米的情况，毫米波具备极高的抗干扰能力，同时大气对毫米波吸收程度会降低对相邻基站之间的干扰。

3 结束语

5G 时代的越来越近，但是目前5G 在我国应用不够广泛，要想实现5G 需要更多的技术支撑。上文对5G 承载网的需求进行了详细分析，要想实现需要更大的带宽、超低延时以及精度较高的时间同步。在5G 承载网的关键技术方面，需要超密集异构网络、大规模MIMO 技术、FBMC 技术、毫米波通信等技术的支持。