5G无线技术基础自学系列 | 5G RAN网络架构关键技术

Posted 2022-11-11 COCOgsta

素材来源：《一本读懂5G技术》

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在NFV、SDN、云技术的基础上，5G C-RAN架构实现了CU和DU的分离，可以更灵活地适应不同带宽、不同时延的应用和业务。5G网络是多种无线接入技术融合共存的网络，同时要适配不同场景、不同协议架构的部署。为了实现自适应接入控制和灵活的资源调度，5G RAN需要具备对无线环境的感知能力和智能分析能力。在5G网络里，逻辑小区不是RAN架构关注的重点，用户是RAN架构变革的中心。实现以用户为中心的RAN架构，需要比较成熟的无线感知和灵活的智能控制技术，以及协议的定制化部署技术。

6.2.1 统一接入技术

5G时代，是多种无线接入技术(Radio Access Technology，RAT)共存的时代。如何协同使用各种RAT的无线资源，在提升整体无线网络运营效率的前提下提升用户体验，是5G RAN网络架构演进最终所需要解决的问题。

多RAT之间可以通过集中的无线网络控制功能来实现统一的接入和管理，无线资源可以通过集中的无线网络控制功能进行分布式协同调度。

统一的多RAT融合技术包括四个方面。

（1）支持多制式/多形态接入

2G、3G、4G、5G多种移动制式（Multi-RAT）共存，再加上WiFi、固网、广电网多种接入类型，要想实现统一接入，5G RAN需要具备自适应的无线接入方式，也需要支持灵活的网络拓扑和各种各样的接入形态，比如集中式和分布式、有线和无线的组合、超密集的网络部署、无线传感网、D2D（Device to Device，设备到设备）等。如图6-16所示。

图6-16 多制式多形态接入

（2）支持多连接

多连接技术是指终端同时接入多个不同制式的网络节点，实现不同制式的多个数据流给同一终端的并行传输，以提髙吞吐量，提升用户体验，实现业务在不同接入技术间的动态分流和汇聚。

（3）支持多RAT无线资源管理

依据业务类型、网络负载、干扰水平等因素，对多RAT之间的无线资源进行联合管理与优化，实现多RAT间的干扰协调，以及多RAT之间无线资源的共享及分配。

（4）多RAT间室内外协同定位

在室内、室外各种场景下，多RAT之间可以进行联合定位，大幅提高用户的定位精度。

6.2.2 协议定制化部署

为了让5G RAN能够满足不同制式、不同业务的接入需求，需要构造更灵活的网络接口关系，支撑动态的协议功能分布，增强接入网接口能力。

软件定义协议栈（Software Defined Protocol，SDP）数据可以基于集中的无线网络控制功能对可编程的协议栈进行定制化配置，如图6-17所示，以此构建敏捷的业务处理能力，支持简单、友好、兼容的接口，实现灵活性和易用性的统一。

5G RAN可以根据不同的场景需求和差异化特性，采用不同协议栈特性功能，支撑自适应接口技术。根据不同的业务场景和不同的数据流特征，5G RAN动态协商接口配置方式和数据处理的协议，然后控制面生成协议配置模式的指令，指示用户面对不同的数据流进行不同协议功能的处理。如图6-18所示。通过协议定制化的部署，5G RAN可以根据不同的应用需求，实现无线数据的动态灵活的分发和汇聚，对不同的接口类型进行动态的适配。

图6-17 软件定义协议栈

图6-18 动态协商数据处理协议

6.2.3 无线感知和智能控制

智能、灵活、自动化、自适应，这几个词离不开“现场感”，也就是说对现实状况的感知。智能灵活的接入控制和管理，需要实时监测网络状态、无线环境、用户行为、终端能力以及业务和应用的状况。自适应的无线接入和协议定制化部署依赖于无线感知的能力。根据现场感知到的情况，在网络侧进行智能分析和判断，来控制接入类型、管理和分配无线资源，将不同的业务数据流映射到最合适的接入技术、最合适的无线资源上，提升用户的业务体验和网络的资源使用效率。

空口无线资源的协调、多点协作以及空口干扰的抑制也离不开“现场感”，以及基于“现场感”的智能控制和管理。根据无线环境的状况、空口资源的使用情况，为了保障业务体验，RAN侧可以选择链路质量最好的一个或几个站点完成用户的接入请求，在业务进行过程中，选择干扰最小的空口资源进行动态调度和干扰协调抑制。

认知无线电（Cognitive Radio，CR）技术，依赖于无线侧对无线环境中频谱分布情况的感知能力。哪些频谱资源已经被占用，哪些频谱资源干扰较大？感知到的频谱情况汇报到无线侧智能控制中心，进行频谱分析和决策，最终将射频单元调整到新的工作频点上。认知无线电的原理如图6-19所示。基站使用认知无线电技术，频点调整过程如图6-20所示。

图6-19 认知无线电原理

图6-20 频率调整过程

无线感知和智能控制的逻辑结构如图6-21所示。

图6-21 无线感知和智能控制

6.2.4 以用户为中心的接入网

5G RAN不再以小区为无线网络架构设计的主要关注点，而是以用户为中心来设计网络架构。这就是所谓的UCNC（User Centric No Cell，面向用户无小区）技术，如图6-22所示。UE的无线资源调度和无线通信链路建立与服务这个UE的逻辑小区是解耦的。5G RAN直接以UE为单位管理无线链路和无线资源的。为UE服务的逻辑小区是一种可调度的无线资源（小区域），类似于空口可调度的资源，如时间域、频率域和空间域。在UE需要提供服务的时间内，系统要根据感知的无线环境和网络状态，确定服务的小区，然后再确定频域和空域的资源。

UCNC的技术基础是虚拟化小区技术和Cloud RAN技术。

随着用户规模的增加和业务应用的不断发展，站点越来越密集，基于小区的RAN架构在小区重叠度增大的时候，干扰控制比较困难。4G时代的CoMP（Coordinated Multiple Points，协作多点传输技术）的实质是在不同基站之间通过协同处理干扰，或者避免干扰，或者将干扰转化为有用信号，为边缘用户提供更高速率。但CoMP比较适用于小区重叠度不高的情况下解决小区边缘干扰问题。在5G密集组网时代，小区重叠度非常高，CoMP就不太适用了，需要将相邻小区合并为一个虚拟化的逻辑小区，从而降低整个网络的干扰。

图6-22 UCNC技术

虚拟化小区技术是指打破小区的边界限制，提供无边界的无线接入技术，如图6-23所示，围绕用户建立覆盖、保证无边缘的用户体验。用户走，虚拟小区也跟着走，相应的资源调度也跟着变化。虚拟化小区包括两层：一个是虚拟层，一个是实体层。虚拟层提供广播、寻呼、移动性管理等控制信令，实体层承载数据传输。在同一个虚拟层移动的时候，用户不会发生重选和切换。

图6-23 虚拟小区和逻辑小区

Cloud RAN技术可以把多个RAT（2G、3G、4G、5G、WiFi等）的基带资源池化、云化。在同一个RAN架构下，让不同制式、不同位置、不同形态的站点有效协同起来。用户在一个城市内移动时，业务体验如同在单一小区下移动，没有明显的变化，也没有明显的切换延迟，如图6-24所示。这种无缝的移动性，不仅适用于不同RAT之间的移动，更适用于微微站间、宏基站间、宏微站间的组网。

图6-24 Cloud RAN提供以用户为中心的无缝移动性