⑴ 蜂窩網路的類型分類
分布式蜂窩網路
一種分布式蜂窩網路(100)提供了與多個移動台(102)進行的無線通信。多個基站收發信機網路組件(104)被配置成在一種無線介質上與多個移動台(102)進行通信,其中每個基站收發信台都包括一個適於耦合到網路(110)的網路介面。至少一個移動台控制器網路組件(108)包括一個適於耦合到網路(100)的網路介面。對系統(100)進行配置,以便為了效率而對於基站收發信台(104)、基站控制器(106)以及移動切換中心(108)之間的通信業務量進行負載均衡。本發明的優點包括將低成本收發信機(104)與靈活部署相結合,從而以低費用對大區域實現了通信覆蓋。
一種分布式蜂窩通信系統,包括:一個網路;一個耦合到該網路的公共交換電話網(PSTN);多個耦合到該網路的收發信機,多個收發信機在地理上相互分離,並且每一個都被配置成在一個無線介質上與相關小區中的移動站進行通信;至少一個耦合到該網路的數據處理系統,該至少一個數據處理系統被配置成執行計算機程序,該計算機程序包括適於使多個收發信機能在移動台之間以及一個移動台與PSTN之間傳遞數據的軟體功能塊,這些軟體功能塊包括:一個實施MM功能的移動性管理(MM)功能塊;一個實施VLR功能的訪問者位置登記(VLR)功能塊;一個實施CM功能的通信管理(CM)功能塊;多個實施RR功能的無線電資源(RR)功能塊,所述RR功能包括在移動台從一個小區移動到另一個小區的時候切換多個收發信機之間的通信,從而保持移動台與網路之間的通信。
蜂窩行動電話
所謂蜂窩行動電話是指服務區劃分為若干個彼此相鄰的小區,每個小區設立一個基站的網路結構。由於每個小區呈正六邊形,又彼此鄰接,從整體上看,形狀酷似蜂窩,所以人們稱它為「蜂窩」網。用若干蜂窩狀小區覆蓋整個服務區的大、中容量行動電話系統就叫做蜂窩行動電話系統,簡稱蜂窩行動電話。
蜂窩行動電話最大的好處是頻率可以重復使用。大家或許知道,在我們使用行動電話手機進行通信時,每個人都要佔用一個信道,也就是說,系統要拿出一個信道供你使用。同時通話的人多了,有限的信道就可能不夠使用,於是便會出現通信阻塞的現象。採用蜂窩結構就可以使用同一組頻率在若干個相隔一定距離的小區重復使用,從而達到節省頻率資源的目的。譬如,我們將一個城市分成72個小區,每12個小區組成一個小區群。讓他們共同使用300個頻道。那麼,我們就可以將300個頻道分成12個頻道組,每個組25個頻道,第一個小區群的1號小區使用第1組頻道,第一個小區群的2號小區使用第2組頻道,以此類推。經過適當安排,不同小區群的相同編號小區的頻道組是可以重復使用的。盡管這些小區基站所使用的無線電頻率相同,但由於他們彼此相隔較遠,而電波作用范圍有限,彼此不會造成干擾。這樣,一組頻率就可重復使用6次,原本300個頻道只能供300個用戶同時通話,卻可同時供1800個用戶同時通話了。
蜂窩行動電話系統主要由移動台(汽車電話、手機等),無線基站以及行動電話交換中心組成。每個小區基站均與行動電話交換中心連接,形成一個蜂窩行動電話網。行動電話網還與市內公用電話網以及國內、國際長途電話網相連,使行動電話用戶不僅可以與網內的行動電話用戶通電話,還可以與更大范圍內的移動用戶和固定用戶通電話。
⑵ 移動網路與聯通構造原理
移動網路和聯通網路構造原理都屬於移動通信網路體系架構:網路架構,該架構可分為三大模塊:網路部署場景、接入網和核心網。
具體的構造原理和試驗如下:
3.1.1中國移動黑龍江公司網路部署場景設計方案
1.室外藉助分布式天線(distributedantennasystem,DAS)和大規模MIMO(multipleinputmulti-pleoutput)配備基站,天線元件分散放置在小區,且通過光纖與基站連接。移動事物(如終端)部署Mo-bileFemtocell,可以動態地改變其到運營商核心網路的連接。同時,部署虛擬蜂窩作為宏蜂窩的補充,提升了室外覆蓋率。
2.室內用戶需要與安裝在室外建築的大型天線陣列的室內AP進行通信,這樣就可以利用多種適用於短距離通信的技術實現高速率傳輸,比如60GHz毫米波通信,可以解決頻譜稀缺問題。
3.1.2 中國移動黑龍江公司接入網設計方案
5G通信網路接入網部署中,採用新型的分布式基站進行組網把宏基站的部分載波通過標準的CPRI介面拉遠實現分布式組網,也就是將傳統基站的基帶處理部分(BBU)和射頻收發信機部分(RRU)設計成單獨的模塊。分布式基站不僅帶來快速、便捷的網路部署,而且有利於大幅降低運營商建網的成本。由於無線頻譜資源的高價格、高頻通信技術的使用,使原有基站覆蓋密度越來越大,因此必須對無線接入側的網路做相應的調整,才能保證5G網路下的無線帶寬及物聯需求的應用。
CoP(CPRI over Packet)承載技術是承接5G通信網路接入網中的研究和部署重點。為滿足業務需求和基站承載,需要建立一種新的承載技術架構來滿足雲通信的需求,現通過以下幾點方案進行接入網部署:
在RRU增加的情況下使其滿足免機房需要,新的CoP FO 設備能跟RRU供址部署,建立成一個新的前傳網路(Fronthanl),通過CoP FO 設備將RRU進行匯聚傳給接入側的A設備。該方式針對現有IP RAN設備基本無需改動,只需要在原有的設備中插入帶有CRPI協議的新增板卡就可以工作。
對於Fronthanl接入側的保護機制有CPRI介面和ETH介面;網路側保護機制可以採用線性「1+1」保護或環網Wrapping、Steering保護。
對於無線側RRU的接入點模塊FO是全室外模式,易部署、省機房,滿足於大網路容量要求。
在組網類型上,優先選用環型拓撲結構,可以實現RRU任意的部署,實現接入設備A無源CWDM解決方案。
3.1.2 中國移動黑龍江公司核心網設計方案
1.現有核心網網元由傳統平台向雲平台演進
(1)RCS在互聯網基地部署應用,IMS AS、CSCF/BGCF等網元進行技術試點;
(2)控制類網元(MME、PCRF)、數據類網元(HSS、HLR)、信令轉接網元(DRA)等正在研究設計階段,成熟後馬上推動現網引入;
(3)媒體轉發面網元(MGW/SBC),根據SDN技術進行進行部署;
(4)2G、3G電路域相關網元正逐步融合、替換和退網,不再考慮運化升級。
構建以DC為中心的網路雲化平台,部署基於雲化架構的NFV(網路功能虛擬化),引入跨DC部署與無狀態設計,並將傳統核心網業務搬遷至此雲化平台;
2.控制面網元功能重構
(1)業務處理節點:承接傳統核心網GW/SBC等媒體接入處理類網元的功能;
(2)融合控制接節點:承接傳統核心網MME/CSCF/HSS等管理控制類網元和HSS的等用戶數據類網元的功能;
(3)業務能力節點:承接傳統核心網應用服務AS/業務平台類網元的功能層次,同時支持提供網路能力開放和網路拓撲設置功能。
3.引入C/U分離,並利用MEC技術構建分布式網路,保障低時延業務應用。
4.引入SBA架構、網路切片Slicing、接入無關技術Access Agnostic,為各式各樣差異化需求提供on demand服務,以支撐5G業務。
3.2 5G關鍵技術
3.2.1 CoP(CPRI over Packet)承載技術
CoP承載技術是集成前傳承載和後傳承載的中心樞紐模塊,採用的是高效裝載技術,其由於CRPI結構化和非結構化是的數據成幀靈活,便於整個網路調節,採用光承載,繼承了原有波分承載的有點,也能進一步節省傳輸光纜。CPRI over Packet的NGFI承載方案,具體對比指標比較如下:
3.2.2 網路功能虛擬化(net-workfunctionvirtualization,NFV)
NFV(網路功能虛擬化)利用軟硬體解耦及功能抽象,以虛擬化技術降低昂貴的設備成本費,根據業務需求進行自動部署、彈性伸縮、故障隔離等步驟,讓運營商可通過此極速將承載各種網路功能的通用硬體與雲計算虛擬化技術相結合,實現網元虛擬化和虛擬網路可編程,簡化網路升級的步驟和降低購買新專用網路硬體的成本,把網路技術重點放到部署新的網路軟體上。
3.2.3 基於OFDM優化的波形和多址接入
5G NR設計過程中最重要的一項決定,就是採用基於OFDM優化的波形和多址接入技術,因為OFDM 技術被當今的 4G LTE 和 Wi-Fi 系統廣泛採用,因其可擴展至大帶寬應用,而具有高頻譜效率和較低的數據復雜性,因此能夠很好地滿足 5G 要求。 OFDM 技術家族可實現多種增強功能,例如通過加窗或濾波增強頻率本地化、在不同用戶與服務間提高多路傳輸效率,以及創建單載波 OFDM 波形,實現高能效上行鏈路傳輸。
不過OFDM體系也需要創新改造,才能滿足5G的需求:
1. 通過子載波間隔擴展實現可擴展的OFDM參數配置;
2. 通過OFDM加窗提高多路傳輸效率。
3.2.4 靈活的框架設計
5G NR靈活的框架設計:
1. 可擴展的時間間隔(Scalable Transmission Time Interval (TTI))
相比當前的 4G LTE網路,5G NR將使時延降低一個數量級。目前LTE網路中,TTI(時間間隔)固定在1 ms(毫秒)。為此,3GPP在4G演進的過程中提出一個降低時延的項目。盡管技術細節還不得而知,但這一項目的規劃目標就是要將一次傅里葉變換的時延降低為目前的1/8(即從1.14ms降低至143µs(微秒)。
2. 自包含集成子幀(Self-contained integrated subframe)
自包含集成子幀是另一項關鍵技術,對降低時延、向前兼容和其他一系列5G特性意義重大。通過把數據的傳輸(transmission)和確認(acknowledgement)包含在一個子幀內,時延可顯著降低。
3. 先進的新型無線技術(Advanced wireless technologies)
5G必然是在充分利用現有技術的基礎之上,充分創新才能實現的,而4G LTE正是目前最先進的移動網路平台,5G在演進的同時,LTE本身也還在不斷進化(比如最近實現的千兆級4G+),5G不可避免地要利用目前用在4G LTE上的先進技術,如載波聚合,MIMO技術,非共享頻譜的利用等等。
大規模MIMO:
MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)技術是目前無線通信領域的一個重要創新研究項目,通過智能使用多根天線(設備端或基站端),發射或接受更多的信號空間流,能顯著提高信道容量;而通過智能波束成型,將射頻的能量集中在一個方向上,可以提高信號的覆蓋范圍。
毫米波:
全新 5G 技術正首次將頻率大於 24 GHz 以上頻段(通常稱為毫米波)應用於移動寬頻通信。大量可用的高頻段頻譜可提供極致數據傳輸速度和容量,這將重塑移動體驗。但毫米波的利用並非易事,使用毫米波頻段傳輸更容易造成路徑受阻與損耗(信號衍射能力有限)。通常情況下,毫米波頻段傳輸的信號甚至無法穿透牆體,此外,它還面臨著波形和能量消耗等問題。