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《适用于5G部署的新型创新回程技术》

  • 来源专题：宽带移动通信
  • 编译者： 张卓然
  • 发布时间：2020-11-01

  • 5G美洲的白皮书详细介绍了无线和有线传输选项的新进展

    华盛顿州贝尔维尤，2020年7月1日消息—— 为了5G的成功部署，移动网络运营商（MNOs）需要传输技术，这些技术能够满足日益致密化网络中严格的吞吐量、延迟和可靠性要求。5G美洲，代表美洲的5G和LTE发声的无线行业贸易协会，在今天发表了一篇题为《5G回程技术的创新》的白皮书，重点介绍了5G网络的新型创新回程、中传和前传传输技术。

    第五代无线蜂窝网络（“5G”）正在推动对移动运营商网络日益增长的需求，它们面临着提高运营效率并减少交付新的高吞吐量、低延迟网络架构所需时间的需求，以支持新兴的用例。集成化接入和回程（IAB）等新的无线选项，以及诸如混合光纤同轴电缆（HFC）、无源光网络（PON）、以太网和波分复用（WDM）等有线技术的重大进展，可用于在5G核心网络和5G无线接入网络之间高效、经济地传输数据。

    5G美洲的总裁Chris Pearson表示：“5G网络运营商如今在设计、构建和管理网络时，面临着越来越多的选择。运营商现在可以在各种无线和有线传输选项中进行选择，以解决针对其移动无线网络所设想的特定拓扑和用例”。

    《5G回程技术的创新》深入研究了这些新的5G传输技术，详细介绍了它们具体的优缺点。详细介绍了具体的应用程序、部署场景、现有基础设施和市场形势等因素。

    其中一个关键的创新是集成化接入和回程（IAB），它在3GPP的版本16中被标准化，并将在版本17中得到进一步强化。IAB还将5G无线电空中接口的一些现有频谱重新用于回程目的。因为IAB有望提供一种经济高效和快速进入市场的回程解决方案，该技术已经引起移动无线行业的强烈兴趣。

    爱立信首席解决方案总监兼项目联合负责人Ranjeet Bhattacharya 表示：“优化的回程是高效5G部署的关键挑战，而像集成化接入和回程等创新型无线解决方案，可能会改变游戏规则”。

    本文探讨了作为标准一部分的IAB的技术层面，其用例和部署注意事项，并概述了行业内正在进行的与IAB相关的未来演进研究。

    除了IAB，《5G回程技术的创新》还对以下方面进行了探索：

    ? 5G传输的关键要求和各种可用的技术选项

    ? 替代传输技术的业务驱动因素概述

    ? 关于HFC、PON、以太网和WDM技术的详细介绍，包括架构、业务驱动因素、最新进展、部署场景和未来趋势

    此外，混合光纤同轴电缆（HFC）网络、无源光网络（PON）和以太网技术的最新进展，使得这些解决方案同样成为有前景的5G传输选项。HFC和PON已经广泛部署在5G需求最旺盛的地区，特别是密集的城区和城市环境中。利用现有的HFC和PON部署可显著缩短部署5G的上市时间和成本。

    萧氏通讯的5G技术与运营总监兼项目联合负责人Dave Morley表示：“虽然目前暗光纤已经覆盖北美65%的宏基站，但进一步的网络致密化将要求运营商利用其他高效的5G传输选项，如HFC，目前几乎覆盖了北美大陆上的每座建筑”。

    《5G回程技术的创新》可在5G美洲网站上免费下载。Chris Pearson的博文和演示幻灯片也都展示在5G美洲的网站上。

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5G技术目标.......................................................................................... 24 5G的概念......................................................................................................... 25 毫米波.............................................................................................................. 27 5G时间表.......................................................................................................... 30 5G设备可用性............................................................................................. 31 5G第一阶段（版本15）..................................................................................... 32 5G第二阶段（版本16）..................................................................................... 33 5G性能..................................................................................................... 34 5G架构..................................................................................................... 35 网络切片..................................................................................................... 37 4G LTE进展..................................................................................................39 LTE-Advanced和LTE-Advanced Pro的功能.......................................................... 39 LTE 1 Gbps功能............................................................................................. 42 3GPP发布......................................................................................................44 Cellular V2X通信.........................................................................47 关键支持技术.........................................................................48 人工智能（AI）........................................................................................ 48 多种蜂窝类型................................................................................................. 48 Neutral-Host小型蜂窝......................................................................................... 53 未经许可的频谱整合............................................................................. 53 物联网和机器对机器............................................................... 57 大规模MIMO....................................................................................................... 61 虚拟化......................................................................................................... 62 多址边缘计算.................................................................................. 64 组播和广播.......................................................................................... 64 以信息为中心的网络............................................................................... 65 VOLTE、5G语音、RCS、WebRTC和WI-FI呼叫..........................................67 语音支持和VoLTE........................................................................................ 67 5G语音支持................................................................................................... 67 丰富的通信套件..................................................................................... 67 WebRTC............................................................................................................... 68 Wi-Fi呼叫.......................................................................................................... 69 公共安全......................................................................................................70 LTE公共安全功能................................................................................. 70 部署方法......................................................................................... 72 公共安全的设备考量.................................................................... 73 从LTE到5G，Rysavy Research/5G美洲，2018年8月，第二页 扩容...........................................................................................75 频谱发展....................................................................................78 广播激励拍卖（600MHz）.................................................................... 80 3550—3700MHz................................................................................................. 80 3.7—4.2GHz....................................................................................................... 81 5G频带.............................................................................................................. 82 协调....................................................................................................... 85 未经许可的频谱.............................................................................................. 86 频谱共享.................................................................................................. 87 总结..........................................................................................................91 附录：技术细节........................................................................92 3GPP发布....................................................................................................... 92 数据吞吐量对比.................................................................................. 94 延迟对比............................................................................................. 100 频谱效率................................................................................................ 101 流媒体和虚拟现实消耗的数据.................................................... 108 频谱带（3G到5G）.................................................................................. 110 5G ..................................................................................................................... 114 架构..................................................................................................... 114 架构选项......................................................................................... 118 LTE-NR共存.......................................................................................... 121 整合接入和回程......................................................................... 124 性能.................................................................................................... 127 服务质量................................................................................................ 132 LTE与LTE-Advanced......................................................................................... 134 LTE-Advanced术语................................................................................ 134 OFDMA与调度..................................................................................... 135 LTE智能天线......................................................................................... 137 LTE-Advanced的天线技术.................................................................. 141 载波聚合.......................................................................................... 145 多点协调（CoMP）.......................................................................... 149 用户平面拥塞管理（UPCON）...................................................... 151 网络辅助干扰消除和抑制（NAICS）..................... 152 多用户叠加传输（MUST）..................................................... 152 IPv4/IPv6 ........................................................................................................ 152 TDD协调........................................................................................... 152 LTE网络中的短信...................................................................................................... 153 用户设备类别................................................................................ 154 LTE-Advanced中继技术........................................................................................ 155 邻近服务（设备到设备）................................................................. 155 LTE吞吐量................................................................................................ 156 VoLTE和RCS ................................................................................................ 162 LTE高可靠和低延迟通信............................................ 168 演进分组核心网（EPC）................................................................................. 168 异构网络和小型蜂窝................................................................ 171 强化的蜂窝间干扰协调....................................................... 175 双连接............................................................................................. 180 物联网和机器对机器............................................................. 182 云无线接入网和网络虚拟化.................................. 183 从LTE到5G，Rysavy Research/5G美洲，2018年8月，第三页 其他未经许可的频谱整合.................................................................. 188 版本6 I-WLAN............................................................................................. 189 版本8 双栈移动IPv6和代理移动IPv6 ....................................... 189 版本11 基于S2a的GTP移动............................................................. 189 多路径TCP................................................................................................... 190 ANDSF............................................................................................................ 190 双向卸载挑战..................................................................... 191 其他集成技术（SIPTO、LIPA、IFOM、MAPCON）............................... 193 热点2.0...................................................................................................... 193 自组织网络（SON）............................................................................ 195 IP多媒体子系统（IMS）............................................................................. 197 广播/组播服务................................................................................. 199 回程............................................................................................................ 200 远程SIM配置...................................................................................... 201 UMTS-HSPA ........................................................................................................ 201 HSDPA ............................................................................................................ 202 HSUPA............................................................................................................ 205 HSPA的演进（HSPA+）................................................................................... 206 高级接收器.......................................................................................... 206 MIMO.............................................................................................................. 207 连续分组连接.......................................................................... 208 高阶调制.................................................................................... 209 多载波HSPA............................................................................................ 209 下行链路多流传输........................................................................ 210 HSPA+吞吐率.................................................................................. 211 UMTS TDD和TD-SCDMA.................................................................................... 215 EDGE/EGPRS....................................................................................................... 216 缩写与首字母缩略词........................................................................220 附加信息................................................................................230 随着2018年第一个5G标准的完成，无线行业在转变人们与世界互动的方式上又迈出了重要的一步。通过支持新类型的应用和灵活使用频谱，包括从前从未在蜂窝系统中使用过的频率，5G将为未来的增强和虚拟现实世界、自动驾驶汽车、智能城市、可穿戴计算机、人工智能，以及一切与之相关的环境和尚未构思的创新提供通信基础。 4G LTE展示了无线技术在支持移动和固定宽带以及物联网（IoT）方面的优势，它为5G大规模增加容量、提高吞吐速度、降低延迟和提高可靠性奠定了基础。5G不会取代LTE，在大多数情况下，至少在20世纪20年代后期，这两种技术将紧密结合并共存。早期部署基于最近完成的第一阶段5G标准，强调增强型移动宽带，将于2018年底开始实施。2019年，随着第一批5G智能手机问世，人们的接受度将加快。完整的5G标准将在2020年初发布，该标准将增加对工业物联网、集成接入和回程（IAB）以及未经许可频谱等项目的支持。正如LTE在这十年中不断发展一样，工程师将继续强化5G。 许多能强化5G的功能都出现在高级形式的LTE中。例如，通过载波聚合，运营商不仅利用其频谱潜力来增强容量和性能，而且该技术也是全新功能的基础，例如在未经许可的频段中运行LTE。 如今掌上电脑的计算能力可与过去的大型计算机相媲美，为直观的操作系统和数百万的应用程序提供了动力。再加上经济实惠的移动宽带连接，这些设备提供了前所未有的实用性，数十亿人正在使用它们。 随着智能手机和其他移动设备使用的长期增长受到人口的限制，创新者开始专注于物联网，其已涵盖了广泛的应用。LTE的增强，5G物联网功能，将连接可穿戴计算机、传感器和其他设备，从而带来更好的健康、经济收益和其他优势。5G不仅解决了大规模的物联网部署问题，而且使应用程序能够依靠超可靠和低延迟的通信，有时称为“关键任务型应用程序”，这在以前是不可能的。 随着首个5G标准的完成，以及定于2018年下半年发布的更完整版本，运营商将最早于2018年底开始部署5G版本。该版本使用LTE作为核心网络（称为非独立版本）。部署工作将在2019年加速，并将持续整个2020年。5G正被设计为与LTE集成，为运营商如何推出5G提供了相当大的灵活性。 确定了5G NR的关键方面，例如无线电信道宽度和OFDMA的使用。版本15中指定的第一个版本支持低延迟、基于波束的信道；具有大量可控天线单元的大规模多输入多输出（MIMO）；可扩展的widt子信道；载波聚合；云无线接入网（RAN）功能；网络切片，并与LTE共存。 光纤密度化数十万个新的小型蜂窝，以支持5G、3.5GHz和LAA，将需要大量的新光纤。然而，计划中的5G功能（例如IAB），并不意味着每个基站都必须有光纤连接，尤其是在mmWave频率下。 包括大规模MIMO和波束成形在内的无线电方案，让我们能够使用6GHz以上的频谱，这在以前的蜂窝网络中是不可行的。6GHz以上的巨大频谱将导致更宽的信道，相应地数据速率加快、容量增加，或者两者兼有之。 LTE已成为全球蜂窝标准，之前分散的无线行业已在全球范围内巩固了LTE，LTE的部署速度比上一代任何无线技术都要快。 随着载波聚合、1Gbps峰值吞吐量、高阶MIMO、扩展未许可频谱容量的多种方法、新的物联网功能、车载通信、包括增强型蜂窝间干扰协调在内的小蜂窝支持（eICIC）、低延迟、自组织网络（SON）功能和多点协调的增强，LTE的功能得到不断的改进。 从机器到机器（M2M）通信发展而来的物联网正在迅速普及，预计在未来10年内将有数百亿个新的联网设备被使用。驱动程序包括改进的LTE支持，如低成本、低功耗的调制解调器，增强的覆盖率，更高的容量和服务层标准化，例如OneM2M。5G物联网支持包括更高的密度、更高的可靠性、更长的电池寿命和网络切片。 行业还开发并正在部署可以在未经许可的频谱中运行的LTE版本，例如未经许可的LTE（LTE-U）、LTE许可辅助接入（LTE-LAA）和MulteFire。NR对未经许可频谱的支持将在5G标准的第16版中实施。 一般而言，频谱，特别是许可频谱对于该行业仍然是至关重要的。 美国即将推出的新频谱包括3.5GHz公民宽带无线电服务（CBRS）和定于2018年11月进行的28GHz的首次5G频谱拍卖，随后将进行24GHz的拍卖。 运营商已经开始安装小型蜂窝，目前已经达到数万个。最终，数十万甚至数百万个小型蜂窝将增加容量，并为有线宽带提供可行的替代方案。该行业正在慢慢克服挑战，包括限制性法规、站点获取、自组织、干扰管理、电源和回程。 网络功能虚拟化（NFV）和软件定义网络（SDN）工具和架构使运营商能够降低网络成本、简化新服务的部署、缩短部署时间并扩展其网络。一些运营商也在虚拟化无线接入网络，以及寻求一种称为云无线接入网络（云RAN）的相关开发。NFR和云RAN是5G的组成部分。 本文的主要部分涵盖了宽带的转型、无线服务需求的爆炸式增长、5G的路径，包括已完成和计划中的功能、新的LTE创新、支持技术和架构、LTE语音（VoLTE）、Wi-Fi呼叫、LTE公共安全、扩容的选择以及频谱的发展。 附录探讨了下列主题的更多技术层面：3GPP发布、数据吞吐量、延迟、5G、LTE、LTE-Advanced、LTE-Advanced Pro、HetNets和小型蜂窝、物联网、云RAN、未经许可频谱集成、自组织网络、IP多媒体子系统、广播/组播服务、回程、UMTS/WCDMA、1 HSPA、HSPA、UMTS TDD和EDGE/EGPRS。
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