5G超密集组网网络架构及实现研究

5G超密集组网网络架构及实现研究

黄劲安

中睿通信规划设计有限公司广东省广州市510630

摘要：在信息技术革命的时代中，我国已经提前完成了5G运营牌照的发放，标志着我国通信行业率先进入5G时代。在此背景下，相关单位应该加大对5G超密集组网的重视，实现对基站空间的合理利用、有效部署。本文中，首先对5G超密集组网网络架构进行阐述，然后对其实现方式进行探究，包括宏-微部署、微-微部署两部分。最后，笔者对5G超密集组网网络架构的挑战、建议进行总结，以期为相关人员提供参考，进而及时适应5G时代的发展趋势。

关键词：5G通信技术；超密集组网；网络架构

前言

在5G网络试点运营、不断推进的过程中，相关的业务形式也得到了创新。正因为如此，在很大程度上丰富了人们的日常生活，为信息传输、获取提供了更多便利，甚至可以在一定程度上提高生活质量。为了能够解决未来数据流量迅猛增长的问题，需要将更多新型业务、新型设备应用在通信网络中，为迎接5G时代的到来做好充足准备。

一、5G超密集组网网络架构

结合“三朵云”的5G蜂窝网络架构形式，笔者结合自身的工作经验提出5G超密集组网网络架构所对应的形式，具体如图1所示。

（一）微基站容量补充

首先，采用微基站作为接入网，可以实现对热点容量的有效补充，同时利用高频工信技术、大规模天线等，能够有效提高无线测的数据吞吐量。就宏-微覆盖场景而言，通过容量与覆盖之间的分离，能够结合业务的发展需求、分布的具体特点等，实现对微机战接入网的有效部署。另外，由于宏基站在微机站之中充当着集中控制模块的角色，其主要的功能包括小范围移动性管理、无线资源协调等。

不仅如此，在微-微超密集覆盖的场景中，还能够通过分簇化集中控制模式，实现对缓存资源、协同干扰协调的有效管理。在此前提下，将集中控制模块接入还可以实现对数据中心的单独部署，或者对微机站进行相应的分簇，从而实现小范围移动管理、无限资源协调的功能。正是在这种模式下，可以充分发挥5G超密集组网网络架构的作用，实现对微基站容量的有效补充。以此为前提，能够在很大程度上强化5G通讯的效果，在满足用户使用需求的同时，还可以在根本上提高通信行业的综合实力，优化网络架构的构成，对于彰显我国通信技术实力具有重要作用[1]。

（二）大流量数据处理

在5G超密集组网网络架构中，会产生更多的信息数据，一定程度上增加了系统数据处理的难度。为了解决这一问题，必须实现对大流量数据的有效处理，因此需要提高数据响应速度。对此，需要将业务使用模块、用户面网关、内容缓存/边缘计算等，尽可能实现在用户网络边缘的下沉。通过此种方式，可以满足大流量数据处理的需求，提高5G网络通讯的效率。例如：可以在接入网基站旁实现对本地用户面网关的设置，同时对本地进行分流。另外，还可以在基站上完成内容缓存/边缘计算能力的设置，充分发挥智能算法作用，进而以最快的速度完成用户所需内容的分配。通过此种方式，还可以减少基站传输的压力与流量。将大数据流量处理方式应用在5G超密集组网网络架构的构建中，能够实现对头压缩/视频编解码等业务的有效处理。同时，在接入网侧实现使用模块的下沉、部署，从而以最快的速度完成流量处理，实现对数据传输压的缓解与控制。

总体而言，5G超密集组网网络架构不仅可以对承载分离进行控制，实现对未来网络容量与覆盖的优化，扩展业务覆盖面并优化数据面资源。还能够充分发挥基站部分无线控制功能的作用，将分簇化集中控制方式合理应用在其中，实现移动性管理、无限资源协、同小区间干扰协调的目的。基于此，可以在很大程度上增加网络容量，为用户提供良好的体验。不仅如此，以移动边缘计算、本地缓存、网关功能下沉技术为前提，还能够为减少基站骨干传输压力、内容快速分发、本地分流提供便利。下图为5G超密集组网网络架构：

图3宏-微部署方案二

2.优势总结

为了实现5G超密集组网网络架构，将上述两个方案应用在实际中，可以获得良好的效果。就宏-微部署场景控制中的承载与分离而言，其所对应的优势主要体现在以下几方面：

（1）提升移动性能。因为在5G超密集组网网络架构中，微基站始终被宏基站所覆盖，因此能够一直与RRC进行连接。基于此，微基站仅仅需要发挥自身用户面连接的功能，实现对终端的简化、修改、添加以及释放。这一过程中，可以有效避免因为频繁切换而增加核心网信令。另外，宏基站中的RRC依然与微基站保持连接的而状态，甚至能够对部分低速率业务进行优化，提高其自身的传输能力，进而在根本上优化用户体验[2]。

（2）提高资源利用率。5G超密集组网网络架构中，宏基站能够在终端实现微基站干扰的协调、微基站选择、微基站动态开闭、微基站负载均衡等。同时，可以运用资源优化算法、集中控制模块等，实现优化控制的目的。基于此，能够在很大程度上提高资源利用率，并进一步扩大网络整体的容量，降低运行所需要的能耗。值得注意的是，以双连接为基础的5G超密集组网网络架构中，其承载分离、控制方案都要求与终端具备双连接功能，甚至需要多连接功能。此种现象的存在，会对技术方案的应用形成制约。不仅如此，如果5G超密集组网网络架构中不包含宏基站，那么本文所提出的两个方案，均无法发挥相应的作用。

（二）5G超密集组网网络架构中微-微部署

结合笔者对宏-微部署的分析可知，要想实现5G超密集组网容量、覆盖之间的分离，应该以双连接为基础。运用此种方式，可以对容量、覆盖进行优化设计，根据数据流量对部署进行及时调整。但是，宏-微部署场景的方案要求终端设备必须具备特定的能力之外，还不能对微-微覆盖场景的问题进行解决。因此，笔者将会结合5G超密集组网网络架构的需求，对微-微部署部署场景的方案进行设计、分析。具体的方案内容包括以下两方面：

1.虚拟宏小区

为了能够实现对5G超密集组网网络架构的优化，需要在微-微覆盖场景下对达到宏-微场景的程度，并实现对宏基站功能的有效强化。具体而言，宏基站的功能是实现RRC的传输，因此必须利用微基站构建密集网络，从而形成一个相应的虚拟宏小区。在这一基础上，虚拟宏小区能够实现对控制面信令的及时传输，实现部分资源协调管理、移动性管理的目的。相比之下，微基站仅仅需要对用户面数据进行传输，以此来优化数据面、控制面板分离的效果。在构建虚拟宏小区的过程中，需要对簇内不同微基站的资源进行共享，包括载波、信道、信号等。此时，同一个簇内的微基站会利用相同的资源传输控制面承载。运用这样的方式，便能够实现虚拟宏小区的基本目标[4]。

另外，各个微基站会利用剩余的资源，对用户数据进行单独传输。由此能够发现，将以上方式应用在5G超密集组网网络架构中，可以实现微-微场景下数据面、控制面之间的分离。例如：将两载波配置在微基站中。其中，载波1的簇内所对应的不同微基站，运用同一个虚拟宏小区的ID地址，进而构成虚拟宏小区。而载波2的簇内，微基站与不同小区的ID地址所对应。对此，载波1上会实现空闲终端的驻留，并对载波1的控制信令予以接受。而连接态终端则会结合业务的具体需求，充分发挥载波聚合技术，实现两载波的协调运行。不仅如此，在配置单载波微基站场景的过程程中，还应该运用不同簇内的虚拟宏小区ID信息，对其发送相应寻呼信息、广播信息，并以随机的方式接入、响应。此时，微-微场景中的公共控制控制信令会产生一定的干扰。对于这一问题，应该基于识别小区ID、解扰实现传输数据、容量与覆盖分离的目的。

2.微小区动态分簇

在上述虚拟宏小区的方案中，可以通过构建虚拟宏小区的方式，实现承载、控制的目的。该过程中，需要对微基站资源进行合理划分，通过公共资源完成构建宏小区的目的。对于终端而言，实际上能够同时看到微小区、虚拟宏小区两个网络，基于此实现分离目标。除此以外，在实施方案的过程中还应该充分考虑空间、时间等因素，便于网络热点区域的变化进行有效控制。例如：某运动场将要举办赛事活动，那么该网络区域应该将容量需求作为重点。相比之下，没有举办赛事的场地，其对容量需求较小，可以将覆盖需求作为核心。根据以上分析的内容，本文将动态DAS思想渗透在其中，针对5G超密集组网中的微-微覆盖场景，提出容量动态转化、覆盖动态转化的具体方案，形成微小区动态分簇方案。

在该方案中，主要思想就是将网络负载作为5G超密集组网网络架构的基础。具体来说，如果网络负载较轻，可以对微基站实现分簇化管理。其中，同一分簇内的微基站需要对相同数据进行发送，进而构建一个虚拟宏基站。在该前提下，终端用户如果在同簇内移动时，并不需要对微基站进行切换，从而减少网络通信过程中切换的次数，优化5G网络用户的需求。另外，由于同簇内所包含的多个微基站，会对相同的数据信息进行发送，因此终端用户可以获得相应的分集增益，有效提高了5G通信信号的质量。在网络负载相同较重的情况下，可以将微基站划分成为不同的独立小区，完成各自所需信息的发送。此时小区便会分裂，实现提高网络容量的目标。简言之，微小区动态分簇方案的应用，需要将簇化集中控制模块作为基础，然后结合网络即时负荷信息、网络负荷统计信息等，实现对微基站的动态分簇，最终对微-微场景中的容量与覆盖进行折中、转换[5]。

三、5G超密集组网网络架构实现的挑战与建议

（一）挑战

虽然5G超密集组网网络架构的实现，有着诸多不同的方案，但是并不能忽略其中所存在的挑战。（1）无线接入集中控制控制模块的优化算法。在微基站、宏基站接入网集中控制模块的终端部署中，可以充分发挥集中优化控制作用。但是，如何实现对资源优化算法的合理设计，是5G通信发展的关键。（2）微-微场景的分簇准则。在实际应用中，通常将宏基站覆盖面积作为分簇化管理的基准，但需要进一步优化。（3）宏-微场景的同频覆盖问题。由于同频之间会产生干扰，所以会影响通信的效果，必须通过恰当的方式进行处理。

（二）建议

为了优化5G超密集组网网络架构，满足时代发展对通信技术的需求，应该积极把握住当前发展的契机，比将合理的方式应用在其中，正确面对、解决面临的挑战。对此，笔者提出以下几方面建议：

（1）充分展现5G通信技术的特点。在当前的时代中，我国已经实现了对通信技术的创新，同时已经完成了5G运营拍照的发放。面对这样的改变，人们对5G通信充满了期待。因此，在构建5G超密集组网网络架构的过程中，应该充分展现其在通信方面的优势，如：电影下载速度的提升、万物联网的应用等，进而彰显超密集组网的优势，强化5G网络架构的性能。

（2）遵循相关的政策规定。在世界范围内，我国的信息技术发展速度较快，同时在国际方面会产生较大的影响。因此，在实际发展中应该切实遵守《关于加快高速宽带网络建设推进网络提速降费的指导意见》的规定，并将《“十三五”国家信息化规划》落实在发展中。基于此，能够有效提高5G超密集组网网络架构的合理性，同时推动5G通信技术的发展。

（3）充分发挥带动作用。虽然当前的4G通信技术可以满足通信技术，但是诸多产业的发展依然面临困境，如医疗、军事等。为了弥补4G的不足，并促进行业革新的步伐，应该发挥5G通信技术的带动作用，以5G超密集组网网络架构为前提，提高我国整体的竞争力。

四、结语

综上所述，5G超密集组网网络架构的优化是时代发展的必然，此种方式可以有效提升基站加密部署的科学性，进而为用户提供更加优质的服务。在试点城市的5G运营中，发现智能化、流量高、延迟低与损耗低存在的问题十分显著，必须通过超密集组网站点予以解决。在这一前提下，明确实现超密集组网网络架构的方案，为实现5G通信目标夯实基础。由于在相关工作中还面临着诸多问题，因此必须从多个角度入手，解决架构实现面临的困局，从而推动我国通信行业的发展。

参考文献：

[1]齐畅,杨龙祥.5G超密集组网的多点协作传输和功率分配策略[J].电子技术应用,2019,45(02):58-61+66.

[2]王楚锋,丁远.5G超密集组网D2D通信干扰协调建模研究[J].通信与信息技术,2019(01):42-44.

[3]吴昊.5G无线接入网超密集组网设计方案前瞻[J].现代工业经济和信息化,2018,8(16):25-26.

[4]王海猛.5G超密集组网应用场景分析与实施方法研究[J].电信工程技术与标准化,2018,31(11):82-86.

[5]鲁义轩.紧随5G商用步伐大唐“全系列5G”专列正在加速[J].通信世界,2018(20):42.