5G超密集网络虚拟化解决方案
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了5G超密集网络虚拟化解决方案相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
周宏成：广东省电信规划设计院有限公司。
本文主要讲了什么内容？
密集部署传输节点，减少小区半径，获得更大的小区分裂增益是5G超密集网络实现容量提升目标的关键手段。
本文首先介绍了5G超密集网络的含义、典型覆盖场景和面临的挑战；其次，分析了5G虚拟化网络架构；最后介绍了5G移动通信系统以用户为中心的虚拟化技术，重点介绍了小区虚拟化和终端虚拟化技术在解决移动性和干扰问题方面的优势。
概述
5G移动通信系统较4G系统在网络容量方面达到1000倍的提升，减少小区半径、密集部署传达节点，获得更大的小区分裂增益是达到这一目标的关键手段。随着小区分裂技术的发展，低功率传输节点（TP）被部署在宏基站覆盖范围内，形成了由宏基站和微基站组成的多层异构网络（Het-Net）。HetNet 既保证了小区覆盖，又提升了系统容量。
超密集网络（UDN）是小区增强技术的进一步演进。在超密集网络中，低功率传输节点的密度进一步提高，覆盖范围进一步缩小，服务对象局限在很少几个用户。超密集网络部署拉近了低功率传输节点与终端的距离，使得他们的发射功率大大降低，且非常接近，上下行链路的差别也越来越小。
随着网络密集化程度的不断提高，干扰和移动性问题变得越来越严重，以小区为中心的架构已经不能满足5G网络的需求。5G提出了以用户为中心的小区虚拟化技术，使服务区内不同位置的用户都能根据其业务QoE（Quality of Experience）的需求获得高速率、低时延的服务，解决小区边缘效应问题，达到“一致的用户体验”的目标。
本文首先介绍了5G超密集网络的典型场景，然后分别介绍了5G虚拟化网络架构、小区虚拟化及终端虚拟化解决方案。
5G超密集典型场景
5G超密集网络是基于场景驱动的，IMT-2020归纳了6大典型的超密集网络场景，即密集住宅区、密集商务区、公寓、购物中心及交通枢纽、大型活动场馆、地铁。
（1）场景一：密集住宅区
该场景同时存在室外移动状态用户和室内静止状态用户，用户密度较高。该场景业务类型丰富多样，包括FTP 业务、互动游戏、视频业务、上网浏览等。在超密集部署传输节点的情况下，系统的边缘效应会变得非常突出。如何有效解决边缘效应问题，让不同位置的终端有相同的、高质量的通信体验是这一场景需要重点解决的问题。
（2）场景二：密集商务区
密集商务区以室内用户为主，且多为高端用户，以FTP、视频业务、移动办公等业务为主。在该场景通过部署低功率传输节点提供高容量的数据传输服务。超密集部署使每个传输节点的服务终端数降低，各个传输节点处于中、低负载状态，进而产生上、下行业务量的较大波动。为了在上下行链路业务波动时充分利用资源，该场景需要使用动态上下行资源分配技术。
（3）场景三：公寓
公寓为室内低用户密度场景，用户以静止状态为主，包括高、中、低端用户，业务类型比较丰富，需要针对混合业务进行部署。该场景存在室内传输节点与室外基站间的干扰，室内传输节点之间的干扰；每个传输节点负载不均衡，需使用上下行链路动态资源分配技术。
（4）场景四：购物中心及交通枢纽
该场景包括大型商场、城市综合体、机场、火车站等，室内用户高度密集，用户处于移动状态，业务类型丰富。在该场景中，低功率节点密集部署在室内，提供大容量的数据传输业务。为了实现室内广域覆盖，在低功率传输节点的基础上再部署高功率传输节点，形成多层室内异构网络。
（5）场景五：大型活动场馆
该类场景包括体育场馆、音乐厅、会展中心等，用户密度在活动期间非常高，平时则非常低。该场景部署的低功率传输节点使用定向天线，无线信号的传播以直射为主。该场景业务以视频业务为主，且上行业务大于下行业务。该场景空旷区域较大，需要解决干扰问题、核心网信令压力和上行业务风暴问题。
（6）场景六：地铁
该场景用户超高密度分布在车厢和站台里，车厢用户处于高速移动状态，业务类型多种多样。该场景在车厢内密集部署低功率传输节点提供高速数据服务，也可以在地铁沿线部署泄露电缆，利用沿线的外部基站为车厢用户提供服务。
5G虚拟化网络架构
5G网络架构的虚拟化包括H0层的核心网虚拟化，H1层宏基站和微基站组成的基站层虚拟化，H2层由终端设备组成的终端云虚拟化，以及H1/H2层之间由中继站和用户设备通过虚拟化技术混合组成的中继云虚拟化。5G的虚拟化网络架构在多层实现如图1所示。
图1 5G多层虚拟化的网络架构
5G小区虚拟化
5G终端虚拟化
终端虚拟化是在邻近用户间，或同一个用户的多个设备间组成一个虚拟用户组或终端组，从基站侧联合接收或者传输数据，如图2 所示。
图2 终端的虚拟化
在图2（a）中，每个终端只有单载波处理能力，4个单载波终端合起来就具备了4个载波处理能力。4个终端可以利用各自的能力和设备直通链路为其中一个终端传输数据。如果设备直通链路足够好，4个终端的协作传输将显著提升目标终端的吞吐量。
在图2（b）中，虚拟终端组可以共享彼此的能力，控制面来自其他使用更可靠的授权载波终端，用户面则直接来自基站并基于不一定可靠的非授权载波，一个虚拟终端组中的所有设备都能共享授权载波上的控制面功能。
基站和虚拟终端之间也可以进行协作接收，如图3所示。在步骤1（T0）中，基站传输复用数据给终端组，终端组内多个终端尝试接收数据；在步骤2（T1）中，终端间交互数据以及和数据接收相关的参量；在步骤3（T2）中某个选出来的终端向基站发送ACK/NACK反馈。因此，在虚拟终端组看到的有效SINR会比基站和最好的终端间SINR还要高，基站和虚拟终端组间的频谱效率也因此得以显著提升。
图3 虚拟终端组的协作接收
结论
5G网络以用户为中心的虚拟化技术，核心思想是以“用户为中心”分配资源，使得服务区不同位置的用户都能根据业务QoE（Quality of Experience）的需求获得高速率、低时延的通信服务，同时保证用户在运动过程中始终具有稳定的服务体验，彻底解决小区边缘效应问题，最终达到“一致的用户体验”的目标。5G系统采用平滑的虚拟小区技术SVC，很好地适应了网络密集化的需求。在5G超密集网络中，把移动通信网络带到每一个用户身边，带来的不仅是容量，而是用户体验的全面提升。
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