5G无线技术基础自学系列 | 密集组网

素材来源：《一本读懂5G技术》

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我们来看这样一个场景：冬天的广场上，举行篝火晚会。所有人围站在一个大的篝火旁取暖效果好，还是分组围站在若干个小的篝火旁取暖效果好？大篝火只需要部署一次，火势强劲，靠近篝火的人会很热，但远离篝火的人会很冷，冷热不均匀，如图9-18所示。小篝火方案需要多点部署，人数虽然多，但被分组站在若干个小的篝火旁，不需要层层围站，每个小的篝火，火势一般，靠近篝火的人感觉自然舒适，如图9-19所示。

图9-18 大功率方案

图9-19 小功率方案

在移动通信网络中，基站体积越小，数量越多，就越可以多点部署。多点部署后，发射功率可以降下来，覆盖水平却可以提升很多，数据业务速率也会大幅提升。小功率天线多点覆盖可以实现无线信号的均匀、适度覆盖，信号覆盖水平远比大功率方案好。

5G时代，在密集街区、密集住宅、办公室、公寓、大型集会、体育场、购物中心、地铁等流量热点场景，每平方公里的流量需满足10Tbit/s，每平方公里的连接数要满足100万，用户体验速率需要达到1Gbit/s。超密集组网（Ultra Dense Network，UDN），通过小功率基站多点部署，可以实现5G信号的均匀适度覆盖，大幅提升频率复用效率和网络容量，将成为热点高容量场景的关键技术，如图9-20所示。

图9-20 5G热点区域的超密集组网

9.2.1 UDN的主要特点

看到UDN，有些工程师产生了密集恐惧症，总觉得会带来各种问题。

在5G时代，超密集组网的区域中，各种无线接入制式（Radio Access Technology，RAT）都会存在，有2G/3G小基站的接入，LTE小基站的接入，5G小基站的接入，WiFi AP的接入、物联网无线传感网的接入、车联网的接入等。也就是说，5G时代的超密集组网一定是异构网络，如图9-21所示。

图9-21 超密集异构组网

超密集组网通过超大规模低功率节点实现热点增强、消除盲点，从而改善网络覆盖、提高系统容量。但是随着站点密度的增加，高速移动的用户会频繁切换，同时一个用户会受到多个密集邻区的同频干扰，到了一定程度，用户体验速率将急剧下降。

超密集组网具有均匀覆盖、提升容量的好处，但是与此同时，移动性处理和干扰协调所产生的信令负荷会随着站点密度的增长呈二次方的增长，如图9-22所示。如何在不同小区间进行资源联合优化、负载均衡，是超密集组网必须解决的问题。

图9-22 超密集组网带来的问题

超密集组网需要部署大规模的小基站，基站数目的增加，必然需要更多的站址资源、天面资源、传输资源，这样会增加运营商初期的建网成本和后期的运维成本。

综上所述，超密集组网带来好处的同时，也需要付出相应的代价，如图9-23所示。

图9-23 超密集组网的代价和收益

9.2.2 UDN关键技术

6.2节介绍了5G RAN是以用户为中心来设计无线网络架构，用虚拟小区的技术实现了网随人动。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；Cloud RAN技术可以把异构网的基带资源池化、云化，实现了同一个RAN架构下，不同制式、不同位置、不同形态站点的有效协同。虚拟化小区和Cloud RAN技术是UDN最主要的关键技术，如图9-24所示。虚拟化小区由实体层（实体微基站小区）和虚拟层（虚拟小区）组成。虚拟层负责虚拟小区的控制信令，负责移动性管理、实体小区间的干扰协调和无线资源协同。实体微基站小区承载数据传输。

图9-24 虚拟化小区+Cloud RAN技术

通过Cloud RAN技术实现控制和承载分离，覆盖水平主要取决于控制面，容量水平主要取决于承载面。根据业务需求灵活扩展控制面和数据面资源，也就是说，覆盖和容量可以分别设计。通过Cloud RAN技术将基站部分的无线控制功能抽离，进行簇化集中式控制。一个虚拟小区可以分为一个或多个簇（Cluster）。

 

基于簇化集中式控制的虚拟小区技术的核心思想是“以用户为中心”分配资源，达到“一致用户体验”的目的。UE在虚拟小区的不同小区簇间移动，不会发生小区切换/重选。簇化集中式控制，可以将实体小区间的干扰转化成有用信号，从而使干扰得到管理与抑制。

小小区簇是比簇更小的小区集合。通过调整每个子帧、每个小区的开关状态，从而动态形成小小区分簇。小小区动态调整技术也是UDN的关键技术，对于没有用户连接或者无须提供额外容量的小小区簇可以关闭，从而降低对临近小小区的干扰。在超密小区分簇的情况下，将话务量较低的小小区簇关断，使其进入休眠模式，这样可以提高无线网络的性能，提高无线资源的利用效率。

小小区动态调整技术也用于密集组网中应对突发话务。举例来说，对于展会或者大型比赛这种突发性质的集会和赛事，用户群体网络分享行为较为普遍，对上行容量要求较高。因此，根据实时话务的情况将上下行子帧配比动态调整为上行占优；电影音乐等大数据下载业务对下行资源需求较高的场景，需要使用小小区动态调整技术扩充更多的下行资源。

超密集组网的业务流量大，对从基站到核心网的承载网的回传带宽需求也较大。回传技术也是超密集组网的关键技术。回传的带宽需求在10Gbit/s以上。超密集组网典型的回传网架构包括微基站、汇聚节点和核心网节点。汇聚节点可以由宏基站来做。

从回传网使用的传输媒介来分，回传网可以分为有线回传网（见图9-25）和无线回传网（见图9-26）。有线回传网需要铺设光纤线路，由于站点密度大，光纤铺设需求量大，工程成本高。无线回传技术灵活性较高，但是要求回传的两个节点之间间距小且没有遮挡物。密集分布的微基站到汇聚节点（宏基站）之间可以是点对点链路，也可以是多跳的树形或环形拓扑。

图9-25 UDN有线回传架构

图9-26 UDN无线回传架构

9.2.3 UDN场景化部署

5G超密集组网（UDN）一般在城市热点和密集城区部署，如图9-27所示。5G超密集组网的部署场景特点有5“多”：多系统（异构），多分层（微覆盖层、宏覆盖层、簇、小小区簇），多小区（室内小区、室外小区）、多频段、多载波。

5G超密集组网可以分为两种场景化部署方案：宏基站+微基站方案、微基站+微基站方案。

（1）宏基站+微基站部署方案

在业务层面，由宏基站负责低速率、高移动性类的数据传输，微基站主要承载高带宽业务。宏基站负责覆盖以及微基站间资源协同管理、移动性管理等，微基站负责容量。根据业务发展需求以及分布特性灵活部署微基站，提升用户体验，提升资源利用率。

图9-27 UDN城市热点部署

（2）微基站+微基站部署方案

在网络负载低时，分簇化集中管理微基站，由同一簇内的微基站组成虚拟宏基站，负责覆盖和微基站间的资源协同管理。虚拟宏基站需要簇内多个微基站共享资源（包括信号、信道、载波等），在这些共享的资源上进行控制面信令的传输，以达到虚拟宏小区的目的。同时，各个微基站在其剩余资源上单独进行用户面数据的传输，终端可获得接收分集增益，提升了接收信号质量。这种方案本质上是虚拟宏基站和微基站组网，实现控制面与数据面的分离。但当网络负载高时，每个微基站成为一个独立的小区，发送各自的数据信息，实现了小区分裂，从而提升了网络容量。