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德国电信与美国T-mobile对未来第五代移动通信系统的思考与看法

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,Deutsche Telekom(德国电信)公司与美国移动通信基础网络运营商T-mobile USA共同作了题为“Deutsche Telekom & T-mobile USA: view on 5G(《德国电信与美国T-mobile对于第五代移动通信系统的看法》)”的报告[1],着重阐述了未来第五代移动通信系统应具备的五大特性、对第五代移动通信无线接入网络空口的相关思考、对异构多层无线接入网络无线接口的相关需求、对“网络切片”技术的思考、相关新兴解决方案、德国电信与美国T-mobile的后续研究方向规划等,具有较大的参考价值,下文就对其进行详细介绍。

 

2、未来第五代移动通信系统应具备的五大特性

 

首先,德国电信与美国T-mobile认为,未来的第五代移动通信系统将不仅仅是移动通信国际标准组织3GPP对于下一代移动通信系统的演进。

 

在全球移动通信的发展历史上,从2G(第二代移动通信)系统到目前的4G(第四代移动通信)系统,3GPP对每个新一代蜂窝移动通信系统标准的研发准则是:具备更高的移动数据传输速率、更低的端到端延迟/时延、更大的无线频谱资源利用效率、更多的无线频谱资源(尤其是在更高频率的物理频段)以及更佳的成本效率。

 

而德国电信与美国T-mobile认为,未来的第五代移动通信系统将更是各种新兴商业模式的使能器。具体表现在这些潜在的能力方面:

 

1)使得移动通信基础网络运营商以及其他类型的移动通信运营商们可以采取更多的新兴商业模式;

 

2)将可提高移动通信运营商们提供各种新兴业态服务的灵活性;

 

3)将可通过减小相关复杂度来改善系统的运营;

 

4)可与非3GPP技术(即不是由3GPP定义及发展的无线接入网络技术)共存/兼容;

 

5)将可对固定宽带接入网络与移动宽带接入网络进行集成/整合,打造固/移融合型网络。

 

3、对第五代移动通信无线接入网络空口的相关思考

 

15G空口族

 

1)将可灵活、智能地满足未来多种应用场景的相关需求。包括:xMBB(增强型移动宽带网络)、uMTCUltra-reliable MTC,超高可靠型机器类通信)、mMTCMassive Machine-Type Communication,大规模机器类通信)、无线IoT(物联网)等。

 

2)可把LTE-Advanced无线接入网络的后续演进版本用作为移动宽带网络的基本覆盖层。

 

3)未来新兴的第五代移动通信无线接入网络空口类型:能力/容量扩展型;可支撑超高速移动宽带接入与超大移动数据流量密度的类型;对于移动数据流量非常密集的各个应用场景具备适应性的类型。

 

4)上述新兴空口类型的优选物理工作频段时间表/发展路线图:第一阶段采取6 GHz~30 GHz频段;第二阶段采取毫米波段内的30 GHz~100 GHz频段;此外,各种新型无线接口类型还应该要能适应工作于低于6 GHz频点的物理频段。

 

2)对异构多层无线接入网络无线接口的相关需求

 

1)未来第五代移动通信无线接入网络的系统效率要能远远地高于现有的LTE-Advanced无线接入网络。比如,可采取大规模MIMO(多输入以及多输出)技术以及可扩展型波束赋形技术等。

 

2)对于单个的小数据包/分组,需具备高的传输效率;

 

3)优选具备如此特性的单一解决方案:可以进行灵活的带宽适配、可以进行低成本的实现。

 

4)于传输机制方面,对于大多数的应用场景,应采取多载波技术,而对于一些极端的应用场景,则采取单载波技术。

 

5)对于既定的第五代移动通信系统应用场景以及底层物理工作频段,需进行子载波间距、循环前缀以及TTI(传输时间间隔)等技术参数配置的优化。

 

6)需要具备对时间域及频率域资源网格进行动态分配的能力。

 

7)续发展包括FMFiltered Multicarrier,基于滤波的多载波)机制在内的第五代移动通信无线接入网络候选的波形技术,比如FBMC(滤波器组多载波)技术与UFMC(联合滤波型多载波)技术等。

 

4、对网络切片技术的思考

 

1)总体

 

德国电信与美国T-mobile认为,网络切片技术将是助力移动通信运营商灵活创新商业模式的关键。

 

网络切片技术的核心理念在于:在不影响通用基础设施的既有规模经济效益的前提之下,通过建立专用的逻辑上的网络(笔者注:以软件编程的方式),为客户(笔者注:一般是垂直行业的大客户)提供个性化与定制化的通信服务。

 

2)用户及客户的服务要求正快速地向多样化及差异化方向发展

 

于此方面,主要体现在:

 

1)请求性能参数的值域(数值范围)越来越大。

 

2)在某些情况之下,用户及客户有着一些非常明确的功能要求,比如内部信息安全机制、广播等。

 

3)需面向广大的第三方组织或个人开放APIs(应用编程接口),以供其随时灵活地创建并管理各种虚拟型网络(切片网络)。

 

3)网络切片最重要的是应具备灵活性以及低实现复杂度

 

于此方面,主要体现在:

 

1)能对相关业务服务特定的性能需求进行适配;

 

2)能对网络负载进行均衡适配;

 

3)能够按需地提供相关业务服务特定的功能;

 

4)能对各个网络切片进行低实现复杂度的分离。

 

5、于第五代移动通信无线接入网络中部署切片将可能产生的影响

 

考虑到总体的实现复杂度,移动通信国际标准组织3GPP将要考量与研究的方面包括:

 

1)对于目前可以预见到的未来第五代移动通信系统各种应用场景,要具备充分的灵活性。

 

2)使得无线接入网功能最终实现虚拟化的软件可编程配置——通过部署NFV(网络功能虚拟化)技术。

 

3)通过对相关开放式接口的定义,对无线接入网络功能进行解耦和。

 

4)通过对相关开放式接口的定义,根据实际情况(未来第五代移动通信系统的应用场景以及部署需求)对由软件定义的无线接入网络功能进行灵活部署(比如集中式地部署,或者部署于网络边缘)。

 

5)需要把现有LTE-Advanced无线接入网络及其后续演进版本集成/整合到未来第五代移动通信无线接入网络之中,而与第二/三代移动通信系统的互操作/互联互通则可以不考虑。

 

6“NW切片技术解决方案

 

如图1所示,NW网络切片技术的核心理念在于:

 

1)面向第五代移动通信无线接入网络的用户数据平面,基于标准化的SAPs(业务/服务接入点)以及单独的数据包/分组标记。

 

2)业务接入点平面是第五代移动通信核心网络与无线接入网络之间的I/F

 

3)在第五代移动通信核心网络段,由每个网络切片所发出的数据包/分组,先被打上标记,再被映射至相应的业务接入点。

 

4)在第五代移动通信无线接入网络段,带有标记的数据分组/包通过虚拟通道传输至第一//三层,并基于相关的QoS(服务质量)设置来执行NW功能,最后形成三维(时间域、频率域及功率域)物理资源网格。

 

5)整个系统由管理与编排/协调器进行E2E(端到端)的管理及业务编排:相应来自各个切片网络的NW切片请求,并对业务接入点平面与无线接入网络进行联合资源管理、对三维物理资源网格进行调度与干扰协调。

 

6)控制平面的实例化通过对编排/协调系统的定义来执行,包括无线接入网络中用户数据的处理、以不同等级的粒度对相关的物理资源进行调度与控制。

 

1

1  NW网络切片技术的示例[1]

 

7、无线接入网络功能的解耦和与可置换性

 

相关解决方案如图2所示,其核心理念在于:

 

1)现有CPRICommon Public Radio Interface,通用公共无线接口)的进一步延伸——水平化的网络切片应能具备这样的灵活性:容许无线接入网络功能的集中式部署以及去中心化(分布式)部署。

 

2)设计了不同第五代移动通信无线接入网络空口(紧密耦合)以及非3GPP无线接口(松散耦合)时间的I/Fs

 

3)通过对无线接入网络功能实施解耦和,来提高单个组件功能部署的灵活性以及可置换性。

 

2

无线接入网络功能的解耦和与可置换性[1]

 

8、德国电信与美国T-mobile的研究方向规划

 

1)从3GPPLTE Release 14LTE Release 17阶段,德国电信与美国T-mobile将一直致力于现有LTE-Advanced无线接入网络的后续演进。

 

2)在3GPP LTE Release 14阶段(将于2017年第二季度终止),德国电信与美国T-mobile将参与的研发项目包括:MTC(机器类通信)/IoT(物联网)架构的优化;V2V(车辆间通信)、V2N(车辆与网络间通信)以及V2I(车辆与路边基础设施间通信);LAA(授权型辅助接入)的后续演进;R1-SI——新型空口;R2-SI——面向无线接入网络的网络切片技术。

 

3)在3GPP LTE Release 15阶段(将于2018年第三季度终止),德国电信与美国T-mobile将参与的研发项目包括:增强型的V2VV2N以及V2I;超高可靠型机器类通信/物联网;R1-WI——新型空口;R2-WI——面向无线接入网络的网络切片技术。

 

4)参与欧盟5GPPP项目第METIS-II阶段(2017年年中终止)的相关工作、参与欧盟5GPPP项目第5G NORMA阶段(2017年年底终止)的相关工作。

 

5)在3GPP LTE Release 16阶段(将于2019年第四季度终止)与LTE Release 17阶段(将于2021年第一季度终止),德国电信与美国T-mobile将参与的研发项目主要是对未来第五代移动通信系统进行演进,比如基于直到100 GHz频点物理频段的无线通信系统。

 

 

参考文献:

 

[1] Deutsche Telekom & T-mobile USA. Deutsche Telekom & T-mobile USA:  view on 5G

[EB/OL].ftp://ftp.3gpp.org/workshop/2015-09-17_18_RAN_5G/Docs/RWS-150033.zip, 2015-10-30.

 


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