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意大利电信对未来第五代移动通信系统的愿景及需求

1、引言

 

2015917~18日期间,移动通信国际标准组织3GPP在美国费城举行“RAN Workshop on 5G(第五代移动通信无线接入网络研讨会)”,其中,Telecom Italia(意大利电信)公司作了题为“Telecom Italia vision and requirements on 5G(《意大利电信对于第五代移动通信系统的愿景及需求》)”的报告[1],着重阐述了第五代移动通信系统的三大支柱、无线频谱资源框架的演进思考、第五代移动通信系统的应用驱动与动态可配置的无线接入、对“虚拟化”在未来第五代移动通信系统之中应用的思考、对第五代移动通信系统能量利用效率的思考、对于未来第五代移动通信系统的总体看法等,具有较大的参考价值,下文就对其进行详细介绍。

 

2、第五代移动通信系统的三大支柱

 

意大利电信认为,未来第五代移动通信系统的支柱在于面向高/超高密集度移动宽带用户分布以及超高网络吞吐(只要用户有相关需求)的xMBB(增强型移动宽带网络)、mMTCMassive Machine-Type Communication,大规模机器类通信)——拥有超大数量的低无线数据传输速率的无线连接、mMTCUltra-reliable MTC,超高可靠型机器类通信)——比如工厂作业自动化、紧急任务通信服务、公共安全通信服务等。

 

对于意大利电信而言,上述三大支柱均具有相同的重要性以及发展优先级。而且,移动通信业界接下来对于未来第五代移动通信无线接入网络的空口设计,应该一开始就要涵括到所有能够预见到的未来应用场景,并应使得相关系统具备足够的灵活性以使其能满足未来的相关需求。另外,总体而言,未来的第五代移动通信无线接入网络应该由基于LTE后续演进的一系列无线接入技术以及专门面向特定应用场景而研发的新兴无线接入技术。

 

3、无线频谱资源框架的演进思考

 

意大利电信认为,对于未来的第五代移动通信无线接入网络而言,不仅要利用好低于6 GHz频点以下的既有物理频段资源(包括授权型与5 GHz频段的非授权型等),国际电信联盟无线电通信局还要为其确认指配/分配高于6 GHz频点以上的物理频段资源(包括毫米波mmW频段)。另外,第五代移动通信无线接入网络还应与Wi-Fi网络紧密地耦合,实现互操作/互联互通。

 

在未来,对于可由LTE无线接入网络技术后续演进版本进行覆盖的应用场景与使用案例,可通过低频段建设网络,包括深度室内覆盖以及中度量级的移动数据流量承载能力;对于用户密集分布的具有超高移动数据流量的应用场景以及其他特定的使用案例,可以采取基于高频段进行新兴无线接入技术的组网来作为上述低频段基本覆盖能力的补充。

 

而在系统架构方面:无线接入网络采取宏基站(用作基本网络覆盖以及控制平面)以及小基站等异构多层组网(用作用户数据平面),后台的业务层/云之中,部署IT(信息技术)系统以及基于网络虚拟化的SON(自组网)——Digital factory(数字工厂):控制单元、OSS(运营支撑系统)、大数据分析系统、BSS(业务支撑系统)与网络APIs(应用编程接口)等。

 

对于xMBB(增强型移动宽带),为了更好地利用高于6 GHz频点物理频段的连续大带宽物理频带资源,并规避其无线传播损耗大的缺陷,需要设计一种新型的RAT(无线接入技术)。

 

对于mMTC(大规模机器类通信

mMTCUltra-reliable MTC,超高可靠型机器类通信),需要根据具体的应用场景需求来选择是采取LTE无线接入网络技术后续演进版本、还是选择采取相关的新兴无线接入技术。此外,为了确保获得对于低频段高效的无线频谱资源指配/分配以及重耕,需要灵活地部署新型无线接入技术。

 

4、第五代移动通信系统的应用驱动、动态可配置的无线接入

 

1)未来的第五代移动通信系统应该具备对于用户需求以及应用需求的感知能力,并能根据相关需求来相应、按需地分配网络资源。比如,在IP层以及/或者特定应用/使用场景对于新型KPIs(关键性能指标)与更细粒度QCIs(信道质量指标)的性能需求方面。

 

2)从网络性能(客观)到用户实际体验(主观),进行性能管理以及MDT的扩展。其中包括:无线接入网络与用户终端设备均应具备用户/应用级别的QoS(服务质量)以及QoE(体验质量)监测能力;能够实现无线接入网络/核心网络控制/管理层以及业务服务管理层之间的交互。

 

3)应能把LTE无线接入网络技术后续演进版本与未来各种新兴无线接入技术之间的协同(比如:紧密耦合)发挥到最大化的程度/水平。

 

4)对于未来第五代移动通信无线接入网络的管理,应能从网络虚拟化之中受益,并提供以下的三方面能力——对虚拟化的无线接入网络功能以及接口进行标准化定义,以期于灵活的、LTE与新兴无线接入网络紧密耦合的架构之中,对网络管理以及业务编排进行支撑;对控制平面以及网络管理平面进行融合,以期对众多应对各种不同应用场景以及部署的自动化/自管理功能进行支撑;一种具备标准化、开放式(开源)APIs(应用编程接口)的分成体系架构。

 

5)虚拟化的无线接入网络应该基于一种标准化的、高效的移动前传解决方案。具体包括——无线接入网络与无线接入的动态可重配置能力;未来第五代移动通信系统局域无线接入中的超高速移动数据必须要通过高效前传解决方案来传输;研发并打造出一种独特的标准式框架,以在多提供商应用场景之中简化网络运营,并使得用户主观的业务服务体验具备持续性/一致性;必须要尽快地制定国际标准,以避免由于标准众多出现市场分割的不利局面。

 

6)必须要对LTE无线接入技术进行加强。相关方向主要包括——网络致密(高密集度组网)以及HetNet(异构多层组网);大规模MIMO(多输入及多输出)技术(天线阵列的配置要远远地由于8×8);高级接收机以及干扰协调技术;增强型的多类无线接入网络协调技术;无线移动回程及前传技术;增强型移动前传技术(创新性地对基带单元与射频头端设备进行分离)。

 

最后,总体而言,部分被业界认为是典型的第五代移动通信业务已经投入市场运营或者正处于发展与规制阶段,比如智慧城市、机器到机器通信、公共安全通信等。接下来,全球移动通信业界在对业务需求以及相应的各种技术解决方案进行定义的过程之中,就应该充分、全面地考虑到生态系统、市场、管制框架以及所专门指配/分配的无线频谱资源之间的关系。另外,意大利电信还认为,全球移动通信业界应该继续致力于对于LTE无线接入网络技术后续演进版本的标准化,并最终将其作为未来第五代移动通信系统的一大有机组成部分。

 

未来第五代移动通信无线接入网络技术,以及LTE无线接入网络技术后续演进版本均应提交至国际电信联盟无线电通信局,以方便将其纳入到IMT-20205G)系统之中。

 

5、对虚拟化在未来第五代移动通信系统之中应用的思考

 

意大利电信认为,如果一种第五代移动通信网络架构能够内在、原生地支持NFV(网络功能虚拟化)技术,那么,未来的移动通信运营商就具备面向特定用户群体/客户、特定业务应用场景以及特定终端设备类型进行快速创建专用网络实例化(即网络切片)优化的能力,从而就可潜在地改善用户业务体验、提高网络基础设施资源的利用效率。

 

移动通信基础网络运营商将可结合其他可用的补充型功能来快速地创建各个网络切片,而且将可通过NFV Orchestration Platform(网络功能虚拟化编排/协调平台)对用于创建网络切片的功能组合进行管理。

 

另外,意大利电信还认为,对于网络切片,应集成/整合进多种无线接入技术(包括Wi-Fi网络)。

 

对于专门面向智能手机终端(移动互联网)的网络切片,未来可跨越整个网络范畴来分布式地部署相关成熟功能。

 

对于专门面向汽车自动驾驶应用的网络切片,于网络边缘应具备超高安全性、超大可靠性以及超低延迟/时延性。面向各类垂直应用,于云节点处开放APIs(应用编程接口)。

 

对于专门面向无线传感器/执行器应用的网络切片,宜避免进行高移动性配置,并部署各种基本的控制平面功能(比如认证能力等)。

 

6、对第五代移动通信系统能量利用效率的思考

 

意大利电信认为,全球移动通信业界对于未来第五代移动通信系统的研发,应该从一开始就必须考虑到能量利用效率这一关键因素,而且应该要从总体着眼,研发并打造相关的解决方案来提高系统的能量利用效率。

 

例如,对于一些常见的运行条件(比如温度与湿度),考虑更具挑战性的参数值配置能力,同时确保其能具有更长的生命周期。从而,就可以避免在网络中心局部署更多的空调等制冷设备,以起到节能降耗的效果。此外,还可研发更为高级的网络设备开启/“休眠机制,并定义可通过无线接入网络设计来力求实现的相关KPI(关键性能指标)。

 

7、意大利电信对于未来第五代移动通信系统的总体看法

 

意大利电信认为,未来的第五代移动通信系统应该是一个具备超高灵活性、能进行高度可(软件)编程的E2E(端到端)系统,其中还包括以LTE无线接入网络的后续演进版本面向LTE应用场景提供补充型的解决方案。

 

总体上,未来的第五代移动通信网络应具备以下四大方面的能力:

 

1)对高度多样化、差异化的通信类型(主要包括第五代移动互联网以及下一代无线物联网),以不同的个性化/定制化的网络切片来提供最佳的服务。

 

2)利用原生的NFV(网络功能虚拟化)技术——对相关的网络功能以及能力进行组合并实现灵活、智能地按需提供,以方便在用户/客户需要时提高灵活指配/分配网络资源及系统容量的能力;与此同时,对于LTE的虚拟化,开展兼容性演进的标准化活动。

 

3)由于成本效率更高、具备面向业务服务低成本部署的解决方案、可与LTE无线接入网络的后续演进版本进行协同作业(紧密耦合),未来的第五代移动通信系统就能够非常好地支撑各种新兴商业模式的兴起及可持续发展。

 

4)应具备很大程度的灵活性、可扩展性、可伸缩性(弹性),以在未来部署目前所未预见到的新兴无线接入技术,适应全新型应用场景的开拓。

 

 

参考文献

 

[1] Telecom Italia. Telecom Italia vision and requirements on 5G[EB/OL].

ftp://ftp.3gpp.org/workshop/2015-09-17_18_RAN_5G/Docs/RWS-150078.zip, 2015-10-30.

 


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