深入了解 5G 基礎(chǔ)設(shè)施

2022-03-24 11:32:31

集成接入和回程 (IAB) 可以為更靈活的密集化策略打開大門，使運(yùn)營商能夠使用無線回程快速添加新基站。

5G 新空口 (NR) 是增強(qiáng) 5G 無線空中接口的全球標(biāo)準(zhǔn)。 NR 將在低頻段(低于 1 GHz)、中頻段(1GHz 至 6GHz)和高頻段(高于 24GHz 毫米波)提供更快的移動體驗(yàn)。在本文中，我們將討論高頻段毫米波頻譜以上的頻率，展示集成接入和回程 (IAB) 如何為更靈活的密集化策略打開大門，使運(yùn)營商能夠使用無線回程快速添加新基站。

擴(kuò)大 5G NR 毫米波網(wǎng)絡(luò)覆蓋的挑戰(zhàn)

廣泛擴(kuò)展 5G NR 毫米波網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)是部署額外毫米波基站的成本。以下是其他一些主要的移動 5G 毫米波問題以及如何克服這些問題：

這種部署的一個重要方面將需要使用新的無線回程基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行可靠的回程安裝，從而使毫米波致密化更具成本效益。
將存在路徑損耗限制覆蓋，這將需要許多小型蜂窩部署; 然而，模擬波束成形將有助于克服路徑損耗。
毫米波需要視距 (LOS)，這可能會限制信號傳播。先進(jìn)的波束成形和波束跟蹤將通過利用路徑分集和反射來提供幫助。
毫米波僅適用于固定用途。這里的解決方案是通過自適應(yīng)波束控制和切換來克服阻塞的切換。
毫米波需要大尺寸，因?yàn)樗碾姶?，而且在小尺寸中存在熱挑?zhàn)。該解決方案是調(diào)制解調(diào)器、射頻和天線解決方案，通過智能手機(jī)的商業(yè)化來滿足外形尺寸和熱限制。

什么是 5G IAB?

最近，3GPP 提出了一個標(biāo)準(zhǔn)化多跳 IAB 網(wǎng)絡(luò)的過程。本文將概述 3GPP 第 16 版標(biāo)準(zhǔn)提出的多跳 IAB 的主要特性以及這些設(shè)計(jì)選擇背后的原因。

3GPP 5G 第 16 版引入了 IAB，使基站能夠?yàn)樵O(shè)備提供無線接入和無線回程連接，從而無需安裝成本更高的有線回程。 IAB 是指將接入頻譜的一部分用作回程。

部署無線 IAB 與光纖 IAB 的原因

5G 承諾了來自毫米波頻段的高頻的高帶寬能力。但存在一個問題，即高頻部署的覆蓋范圍有限，并且需要更密集的基站布局。這將顯著增加部署成本。造成這一成本的一個主要因素是需要在地下安裝的光纖的部署。

IAB，其中部分無線頻譜用于基站的回程連接而不是光纖，現(xiàn)在成為一種有吸引力的解決方案，可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)上可行的密集部署。

IAB 的一個主要好處是它可以靈活且非常密集地部署新無線電 (NR) 小區(qū)，而無需按比例增加傳輸網(wǎng)絡(luò)的密度。我們可以設(shè)想廣泛的部署場景，包括支持室外小型基站部署、覆蓋范圍擴(kuò)展、室內(nèi)部署和固定無線接入 (FWA)。如圖 1 所示：

圖 1：IAB 用例(Source: Integrated Access Backhauled Networks)

3GPP Release 16 的第一個版本特性：

多跳回程，將允許范圍擴(kuò)展的靈活性。
服務(wù)質(zhì)量 (QoS) 區(qū)分和實(shí)施，以便滿足 5G QoS，尤其是在多跳情況下。
支持網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥m應(yīng)和冗余連接，可實(shí)現(xiàn)最佳回程性能以及快速適應(yīng)回程無線電鏈路過載和故障。
IAB節(jié)點(diǎn)的接入(如UE鏈路)和回程鏈路(到其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的鏈路)分別使用相同或不同的載波頻率進(jìn)行帶內(nèi)和帶外中繼。
支持 IAB 節(jié)點(diǎn)的部署需要對用戶設(shè)備 (UE) 透明的傳統(tǒng)終端，因此不需要新的 UE 功能或標(biāo)準(zhǔn)化。

Verizon 的計(jì)劃是部署無線 IAB 與光纖 IAB 的一個很好的例子

Verizon 已經(jīng)接受了 IAB 技術(shù)的部署。這很重要，因?yàn)榈侥壳盀橹?，運(yùn)營商正在使用大量光纖連接來回傳來自其 5G 傳輸站點(diǎn)的流量。

考慮到這意味著 Verizon 只能將 5G 天線安裝到能夠接入光纖和電力連接的位置，這是一個成本高昂且可能具有限制性的要求。

通過部署無線 IAB，Verizon 可能會在只有電力而非光纖的位置安裝 5G 發(fā)射器，因?yàn)闊o線天線可以通過無線鏈路將其流量回傳到附近的接收器。該接收器很可能需要連接到光纖網(wǎng)絡(luò)。

IAB 部署將允許 Verizon 將 5G 天線安裝到鋪設(shè)光纖電纜可能困難或昂貴的位置。一個很好的例子是在一組火車軌道上嵌入光纖電纜的困難。

IAB 遠(yuǎn)優(yōu)于當(dāng)前的無線回程技術(shù)，例如使用 60-90GHz E 頻段的技術(shù)，因?yàn)樗恍枰獑为?dú)的天線用于回程鏈路。正如“集成接入回程”過程中的“集成”術(shù)語所示，IAB 既可以支持普通 5G 用戶的無線連接，也可以支持使用同一天線的回程鏈路。

在智慧城市中部署無線 IAB 基礎(chǔ)設(shè)施

隨著人們從農(nóng)村走向城市，城市化正在迅速發(fā)展。這給這些城市地區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施帶來了負(fù)擔(dān)。智慧城市的部署可能是城市發(fā)展的救星，因?yàn)樗鼈儗p輕這些負(fù)擔(dān)。

預(yù)計(jì) 5G 技術(shù)將成為一個轉(zhuǎn)折點(diǎn)，將推動智慧城市技術(shù)成為主流，同時加速新的部署。 3GPP NR Release 16 制定了無線 IAB，這是新部署的關(guān)鍵部分。

智慧城市是一個框架，主要由信息和通信技術(shù) (ICT) 組成，它使可持續(xù)發(fā)展實(shí)踐能夠應(yīng)對日益增長的城市化挑戰(zhàn)。

ICT 框架由可以使用無線技術(shù)和云傳輸數(shù)據(jù)的連接對象和機(jī)器的智能網(wǎng)絡(luò)組成。智慧城市居民將通過智能手機(jī)和移動設(shè)備以及聯(lián)網(wǎng)汽車和家庭參與智慧城市生態(tài)系統(tǒng)。

在整個智慧城市部署許多物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 設(shè)備將能夠監(jiān)測和管理環(huán)境條件以及基礎(chǔ)設(shè)施。這種努力可能代價高昂。智慧城市的生存將取決于降低成本。

智慧城市需要物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)以訪問來自這些設(shè)備的數(shù)據(jù)。在這里部署無線 IAB 允許基站為設(shè)備提供無線接入和無線回程連接，從而消除對昂貴的有線回程的需求。無線 IAB 還可以更快地部署各種規(guī)模的基站，以最及時的方式為社區(qū)提供全覆蓋。由于 3GPP rel-16，多跳 IAB 網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在變得標(biāo)準(zhǔn)化。

智慧城市還為優(yōu)化能源分配、改善垃圾收集、減少車輛交通擁堵以及通過真正的無線通信部署從物聯(lián)網(wǎng)改善空氣質(zhì)量提供了基礎(chǔ)設(shè)施。

連接的紅綠燈將通過調(diào)整燈光節(jié)奏的時間來接收來自傳感器和汽車的數(shù)據(jù)，從而在減少交通擁堵的同時對實(shí)時交通做出快速反應(yīng)。

聯(lián)網(wǎng)汽車將與停車計(jì)時器和電動汽車 (EV) 充電座無線連接，將駕駛員引導(dǎo)至最近的可用充電區(qū)和停車區(qū)。

智能垃圾桶將以無線方式將數(shù)據(jù)發(fā)送到廢物管理地點(diǎn)，以優(yōu)化收集時間。

居民的智能手機(jī)變成了帶有數(shù)字憑證的移動駕駛執(zhí)照和身份證，可以更快地訪問城市和當(dāng)?shù)卣?wù)。

因此，通過將毫米波頻率上可用的部分大頻譜用于無線回程，IAB 將大大降低 5G 網(wǎng)絡(luò)的部署成本，同時實(shí)現(xiàn)與光纖部署相當(dāng)?shù)男阅堋?/p>

期待 5G 第 17 版

圖2：5G3PP Release 17概述(來源:5G3PP)

5G 3GPP 第 17 版(圖 2)有一個新的時間表，由于冠狀病毒導(dǎo)致面對面會議的取消而延遲了進(jìn)展。 3GPP 在 2021 年下半年恢復(fù)面對面會議。好消息是第17版的內(nèi)容在2019年12月的會議上得到批準(zhǔn)。更多詳情，請參閱3GPP網(wǎng)站上同意的第17版時間表。