5G IAB基站接入网络方案研究*

白 天，李小龙

（武汉虹信通信技术有限责任公司，湖北 武汉 430205）

0 引 言

与LTE相比，5G NR技术能够使用更高的频段、更大的带宽，且可以应用大规模天线和多波束系统，因此5G NR能够提供更高的系统速率。但是，频段越高，NR的覆盖将会受限。为了满足覆盖要求，高频段的5G基站将会部署得更加密集，但密集部署场景对有线传输网络的部署提出了挑战。基于此，5G NR研究了IAB基站来解决上述问题[1]。所谓IAB基站，是该基站集成了无线接入链路和无线回传链路，其中接入链路为UE与IAB基站之间的通信链路，无线回传链路为IAB基站之间的通信链路，主要进行数据回传，而IAB基站不需要有线传输网络进行数据回传。因此，IAB基站降低了对有线传输网络的部署要求，可以部署在室外、室内等不易部署有线传输网络的场景下。

1 IAB基站架构

IAB基站在NR基站已有的功能和接口上进行必要的增强，因此IAB基站也支持Uu、F1、E1、NG以及X2等接口，且包含了gNB基站的功能和移动终端（Mobile-Termination，MT）功能。其中，MT功能定义为移动终端的一部分功能，集成于IAB基站之中，即IAB基站启动后会进行小区选择，从而接入到网络，通过无线回传链路与IAB donor基站或其他IAB基站相连接[2-4]。图1为IAB基站参考图[5]，包含了一个IAB donor基站和多个IAB基站。其中，IAB donor基站能够给UE提供到核心网的接口以及给IAB基站提供无线回传链路。

图1 IAB基站示意

2 IAB基站网络选择

对于独立组网（Stand Alone，SA）场景，IAB基站初始接入网络时，将会采用终端的初始接入网络过程，即包括小区搜索、下行同步、系统信息获取和上行同步等过程，从而完成初始化建立与IAB网络的连接[5-6]。但是，由于存在gNB基站和IAB基站，其中gNB基站不支持接入和回传一体化，且回传链路只能使用有线网络。因此，如果IAB基站启动后通过小区选择接入gNB基站的网络，则IAB基站将不能实现其功能[7]。在部署5G网络时，运营商会根据实际需求在某一区域同时部署gNB基站和IAB基站。如果IAB基站所处的区域同时部署有IAB网络和gNB网络，当IAB基站启动进行小区选择接入网络时，由于无法从网络获取足够的信息，IAB基站可能会直接接入gNB基站，如图2所示。

图2 IAB基站接入gNB网络

对于IAB基站所处区域同时部署有IAB基站和gNB基站的场景，需要保证IAB基站启动后接入IAB网络，从而使得IAB基站能够实现其功能，如图3所示。

图3 IAB基站接入IAB基站网络

因此，对比图2和图3，当IAB基站2启动时，如果IAB基站2启动后根据小区的信号强度选择接入gNB基站，那么需要通过一定的方案使得IAB基站2最终能够接入IAB基站1，从而正常实现IAB基站2的功能。

3 IAB基站接入网络方案

3.1 IAB网络广播基站类型

为了保证IAB基站启动后能够正确接入IAB网络，从而实现IAB基站的功能，部分通信设备厂商在IAB基站标准讨论过程中提出了IAB基站网络广播基站类型的方案[8-9]，即可以通过IAB基站广播基站类型的方式实现IAB基站启动后选择IAB网络接入，实现过程如图4所示。

在IAB网络的主系统消息中添加标识符，用以指示其基站类型为IAB基站，且IAB网络周期性广播该系统消息。当IAB基站启动后进行小区搜索，通过获取网络广播的系统消息确定该网络为IAB网络，完成小区选择接入IAB网络，从而实现其IAB基站的功能。

图4 IAB网络广播基站类型

3.2 gNB基站协助IAB基站

由于上述方案增加了不必要的系统消息的开销，本文提出一种gNB基站协助IAB基站接入IAB网络的方案。该方案的具体实现过程如图5所示。

gNB基站协助IAB基站接入IAB网络的步骤如下：

（1）IAB基站启动后通过小区选择接入gNB基站，在接入网络的过程中向gNB基站指示其为IAB基站；

（2）gNB基站向核心网5GC获取IAB donor信息；

（3）gNB基站将收到的IAB donor基站信息与其邻区关系列表进行比对，选择为其邻小区的IAB donor基站；

（4）gNB基站向步骤（3）中选取的IAB donor基站获取IAB网络拓扑信息；

（5）gNB基站配置IAB基站进行邻小区测量上报，gNB基站根据测量上报结果与IAB网络拓扑信息进行对比，从IAB网络拓扑中选择合适的IAB基站；

图5 gNB协助IAB基站接入IAB网络

（6）gNB基站配置IAB基站切换到步骤（5）选出的IAB基站，从而使IAB基站成功接入IAB网络。

通过该方案，即使IAB基站启动后通过小区选择接入到gNB基站，gNB基站仍然能够协助IAB基站接入IAB网络，从而实现IAB基站的功能。

3.3 方案对比分析

上述介绍的两种方案都可以使IAB基站启动后接入IAB网络，但是两种方案存在优缺点。表1对比分析了两种方案的优缺点。

表1 两种方案对比分析

通过对比上述两种方案可以发现，虽然IAB网络广播基站类型的方案可以使得IAB基站快速接入IAB网络，但是增加了主系统消息的开销，降低了所有UE（IAB基站数量相对普通UE数量少）的解调系统消息的性能，且IAB基站启动对时延不敏感。因此，gNB基站协助IAB基站接入IAB网络的方案更具优势。

4 结 语

本文主要对5G IAB基站启动后建立网络连接过程中存在的问题进行了探讨和分析，即IAB基站在启动后如何与IAB网络建立连接，在此基础上提出了gNB基站协助IAB基站接入IAB网络的方案，并和IAB网络广播基站类型的方案进行对比，通过对比发现gNB网络协助IAB基站接入IAB网络的方案更具优势，解决了IAB基站启动后与IAB网络建立连接的问题，使得IAB基站在启动后能够接入IAB网络。