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5G:2016启动标准化 五大典型技术值得期待

2016-01-07 04:02
龙凰
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  2015年6月,国际电信联盟(ITU)确定了5G的名称、愿景和时间表。2016年,3GPP将正式启动5G标准化,这得益于近年来业界广泛深度的5G技术积累。在ITU的愿景中,5G明确支持增强移动宽带(eMBB)、海量低功耗连接(mMTC)和低时延高可靠连接(uMTC)三大场景,三大场景中包含了多样化差异化的应用和用户例。从目前已有的共识看,5G最大的亮点就是“网络定制化”。定制化需要5G网络具备柔性,也让5G网络更绿色。这种“内在柔性,外在绿色”的按需定制,是5G应对千倍增长的多样化差异化业务需求的最佳解决方案,既可保证“零时延”,又可保证高速率。显然,这一愿景让5G设计从一开始就必须具备革新的意志力,不断引入颠覆性的理念、概念和技术,从而让5G突破传统思维和技术束缚,有了“飞奔”的能力。

  颠覆传统理念的“7颗珍珠”

  5G的颠覆首先体现在对传统通信理论和系统设计理念的再思考。7个维度的再思考,在业界被称为“7颗珍珠”。一是经典香农理论再思考,将能效与谱效的折中关系从点对点扩展到端到端,为无线通信系统开启绿色之旅;二是蜂窝再思考:颠覆蜂窝概念,小区不再是唯一中心,为无线通信系统开启“用户为中心”设计大门;三是信令控制再思考,重构网络“中枢神经”,提升网络“智商”;四是天线再思考,小型化设计,魔方式组合,让基站隐形;五是频谱空口再思考,让无线信号针对场景和业务“量体裁衣”;六是前传再思考,打造射频与基带间最后一公里的高速路;七是协议栈再思考,提升用户与网络的平等地位。

  网络可制定化,需要利器打通网络中强耦合的关节,才能做到“内在柔性”。这里的利器当属NFV/SDN技术。NFV颠覆了网元形态,实现网络功能与硬件解耦,功能可编程。SDN实现了控制/转发解耦。其他还包括核心网与接入网解耦、用户与小区解耦等。解耦重构后的5G将呈现简洁的“4层1面”结构,即接入层、转发层、使能层和应用层、管理面。接入层包含多种无线接入技术的共存,转发层本地业务边缘处理、远程数据优化路由,实现“零等待”。接入层和转发层有时并称为基础设施层,在大部分计算存储资源和功能虚拟化后,还被称为虚拟化层。应用层包含eMBB、mMTC和uMTC三大场景所有的应用,而使能层是支撑网络定制化所需的网络能力与状态信息、用户信息、安全和大数据等信息与技术;管理面包含集中式/分布式控制和端到端网络编排,实现简洁管理、高效切片。总之,可定制化的5G呈现出深刻的IT化特征,资源虚拟化,功能可重构,集中控制,分步转发。

  五个典型技术值得期待

  用户为中心的无线接入网UCN。UCN有四个解读点,一是重构RAN,分解小区功能,大集中大分散,打破小区边界;二是核心网与RAN再划分,两者功能重构去耦合,能够独立演进,核心网部分功能下沉;三是边缘增强,本地化存储、处理与转发,降低时延。四是网络切片即服务,提供RAN的定制化。这四点都将依赖C-RAN技术的具体实现。

  无线接入网革命性演进C-RAN。中国移动提出的C-RAN技术,是实现端到端网络定制化的无线接入网部分解决方案,目前已取得全球性广泛共识。在许多5G研究的相关组织里,都明确将C-RAN写进相关白皮书里,这些组织包括:NGMN、IEEE、ITU-T、ETSI、EUS7FP项目、OAI、ETSI和FuTURE等。C-RAN将基带单元集中到通用平台上,实现基站虚拟化和云计算化。为了保证计算实时性,C-RAN引入加速器概念。C-RAN的瓶颈是前传,为此,下一代前传接口技术NGFI应运而生。

  下一代前传接口技术NGFI。满足多样化场景需求的网络定制化,需要RRU和BBU之间接口具备大带宽低时延灵活可扩展的能力。NFGI颠覆传统CPRI接口,将部分BBU处理功能移至RRU上,在两者功能重构后,重新给个名称叫无线云中心RCC和射频拉远系统RRS。同时,两者之间点对点传输也升级为多点对多点的网络传输。这样看来,NGFI介于前传和后传之间,也可以成为中传,即xHaul。设计NGFI时,至少应遵循统计复用、载荷相关的自适应带宽变化、尽量支持性能增益高的协作化算法、接口流量尽量与RRU天线数无关、空口技术中立RRS归属关系迁移等基本原则。NGFI概念触动了部分基站主设备厂商的奶酪,但其蕴含的理念已成共识,在各大标准化组织陆续立项,相关研究逐步展开,部分参与厂商预计在2016年完成准商用原型系统。

  软件定义空口SDAI。SDAI是实现端到端网络定制化的空口部分解决方案,即“空口定制化”。这种能力来自于SDAI定义的灵活的帧结构/双工/多址/波形/天线/频谱等技术集合和相应的参数集合。针对部署场景、业务需求、性能指标、可用频谱和终端能力等具体情况,SDAI按需选取合适的空口技术组合并优化参数配置,形成相应的空口,实现对场景及业务的“量体裁衣”,以及对新场景及业务的后向兼容。SDAI可针对eMBB、mMTC和uMTC等场景中的典型应用和用户例进行静态定制,也可针对具体的用户和业务进行动态定制。由于这种定制化是以用户为中心的,传统的小区为中心协议栈需要重构。

  协议栈重构方案MCD方案。传统协议栈是以小区为中心进行用户接入、标识和无线资源管理,带来复杂的移动性管理和不一致的用户体验,无法满足用户为中心网络的设计目标,需要对协议栈进行重设计。MCD(多级集中分布式协议栈)技术目标是让用户独立于小区,成为与小区平等的协议栈基本元素之一。“用户”管理自身的所有信息与已分配的无线资源,“小区”管理所有公共无线资源。小区在高层对用户业务类型进行集中式慢速控制,保持用户逻辑链路的“静”,在底层对用户空口资源进行分布式快速配置,保持用户物理信道的“动”,从而通过动静结合的方式实现“零切换”。协议栈重构已经成为5G标准化首要突破的领域,是保障5G各种需求、场景和技术,比如海量用户需求、高密度网络场景、SDAI、UCN、C/U分离、多连接等,落地的重要手段。

  “互联网+”战略本质是将信息设施与服务下沉到国民经济底层,增强信息流在全产业链中主导地位。服务定制化,将使5G超越管道,实现增值。因此,2020年前后5G的商用,有利于国家“互联网+”战略实施,通过“5G+垂直行业”的模式,颠覆传统产业,重构业态,促进社会经济的可持续发展。

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