5G超密集网络架构与技术解析

### 5G超密集网络架构与技术解析 #### 一、引言 随着5G技术的发展，超密集网络（UDN）成为实现高速、高效通信的关键。UDN不仅能提供高容量和低延迟的通信服务，还能满足多样化的应用场景需求。本文将详细介绍几种重要的UDN架构以及相关的关键技术。 #### 二、UDN架构 ##### （一）METIS UDN架构 UDN是METIS项目迈向5G的五个关键主题之一，也是四大主要技术推动者之一。考虑到软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）的趋势，METIS设计了一种灵活的通用5G架构。该架构基于用户平面和控制平面的分离，定义了六个功能： 1. **同步无线控制平面功能（SRC）和同步无线用户平面功能（SRU）**：部署在离终端用户很近的位置，支持多接入点（AP）和远程射频头（RRH），采用集中式物理层/媒体接入控制层（PHY/MAC），类似于云无线接入网（C-RAN）技术。 2. **异步无线控制平面功能（ARC）、异步无线用户平面（ARU）和核心网用户平面（Core - U）**：位于无线接入网（RAN）侧，比传统3GPP系统架构演进（SAE）架构更接近用户，可提供高层控制功能和用户平面功能。 3. **核心网控制平面功能（Core - C）和核心网用户平面功能（Core - U）**：位于聚合和核心网侧，提供高级管理功能，如认证、授权和计费（AAA）以及漫游。 METIS UDN架构基于C - RAN、SDN和NFV技术，遵循本地化、用户/控制平面分离的原则，是一种灵活高效的5G UDN架构。 ##### （二）以用户为中心的UDN架构（UUDN） UUDN架构遵循以用户为中心、本地化和用户/控制平面分离的原则，可通过SDN和NFV方式灵活部署。从用户角度看，该架构在逻辑和物理上不再有“小区”的概念，密集的AP会智能组织以跟随用户移动并按需提供数据传输。 UUDN架构引入了四个功能实体： 1. **接入点（AP）**：是用户设备（UE）的无线接入通道，包括数据平面和控制平面。AP可根据回传容量构建不同层次的功能，若只有射频（RF）功能，PHY到IP层将集中到本地数据中心（LDC），LDC可进行联合处理以避免AP间干扰。 2. **本地服务中心（LSC）**：是控制服务中心，组织动态AP组（APG）为用户服务，具有以用户为中心的无线资源管理（RRM）、多无线接入技术（RAT）协调、有效QoS控制、以用户为中心的移动性管理和本地无线链路控制等新功能。 3. **本地数据中心（LDC）**：处理用户数据传输，提供用户平面功能，包括高层处理、动态AP信道处理以及多AP协调和多无线承载汇聚功能。 4. **网络服务中心（NSC）**：提供用户策略控制、AAA和高级移动性管理等功能。 5. **网络数据中心（NDC）**：作为网络侧的分组数据网关。 UUDN架构中，LSC和LDC靠近AP，便于提供以用户为中心的服务、高级资源管理和干扰管理，同时通过用户平面和控制平面的解耦以及核心网功能的分散，可减少信令和回传开销。 ##### （三）典型网络架构特性对比 | 架构类型 | 本地化和扁平化 | 用户/控制平面分离 | 基于SDN & NFV | 灵活回传 | 以用户为中心 | | --- | --- | --- | --- | --- | --- | | 3GPP HeNB架构 | LIPA & SIPTO | 否 | 否 | 否 | 否 | | 3GPP SCE架构 | LIPA & SIPTO | 是 | 否 | 否 | 否 | | METIS UDN架构 | 本地化（用户平面和部分控制平面） | 是 | 是 | 是 | 否 | | UUDN架构 | 本地化（用户平面和大部分控制平面） | 是 | 是 | 是 | 是 | #### 三、UDN关键技术 ##### （一）灵活组网 灵活组网技术是实现UDN实际部署的关键，可应对超密集网络带来的自安装、物理层ID自配置、自动邻区关系（ANR）和移动负载均衡（MLB）等挑战。 1. **自安装**：在超密集网络部署中，AP数量众多，要求每个AP能够即插即用。在LTE中，基站（BS）可自动安装，AP可自动启动和停止初始化，包括自动获取IP地址、建立与操作管理维护（OAM）服务器的连接、下载软件以及初始化无线和传输配置。 2. **物理层小区ID和自配置**：UDN中同一区域会部署大量AP，AP ID数量可能不足，且AP类型多样，需要支持自配