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5G商业部署的挑战

http://www.c114.com.cn ( 2017/12/27 11:49 )

5G商用的步伐渐行渐近,标准、技术、业务、生态、部署方式等领域的研究也在不断深化。网络发展的驱动力更多是业务而不是技术,因此网络到底需要提供什么样的功能和性能,还是要从应用场景和业务需求的角度来分析。

eMBB是5G网络部署初期的确定性需求,也是推动整个5G产业加速发展的核心动力,所有早期的标准制定、商用化产品及测试验证都是基于这一需求来展开的。

本文从5G部署早期的视角来分析和阐述运营商面临的挑战,特别是5G基站的部署问题,5G承载网络的准备、网络虚拟化及网络切片引发的运维复杂度、对运营商组织架构的冲击等,并给出解决方案上的建议。

Massive MIMO特色的5G基站

针对eMBB应用场景,5G网络的核心诉求是接入速率的大幅提升。26GHz/28GHz及以上的毫米波频段有丰富的频谱资源,容易达到10Gbps以上的小区接入能力,但覆盖和建网成本是个巨大的制约因素。综合考虑全球5G候选频谱、产业链的情况,Sub 6G频段逐渐成为移动运营商5G部署初期优先考虑的频谱资源,其中又以3.5GHz作为最优考量。参考Ovum的《5G Deployment and Commercial Consideration》咨询报告,截止2017年下半年,全球已有15个市场将3.5GHz频谱授予5G使用或启用了该频段的5G测试和验证。

考虑到每个运营商能够获取的3.5GHz频谱资源通常只有100MHz左右,因而如何高效使用有限的频谱资源提供5G预期的接入速率成为运营商面临的最大挑战。同时,5G部署初期阶段基本将仍以宏站建设为主,运营商最关注的还是站点部署的密度和建网成本问题,如何尽可能借助4G站点基础设施解决3.5GHz频段的覆盖短板,减少5G新建站的数量也是运营商关注的焦点。

在所有的5G关键技术之中,Massive MIMO是提升频谱效率最为核心的技术。基于大规模天线阵列具备的精准波束赋型能力,Massive MIMO技术可通过空分复用让多个用户同时使用相同的频谱资源,从而将小区吞吐量提升数倍。在近期的广州外场测试中,中兴通讯中国移动使用100MHz带宽的3.5GHz频谱,借助Massive MIMO技术展示了多用户多流业务发,超过6Gbps的下行小区峰值吞吐能力。而实际上,Massive MIMO技术不仅可以大幅度提升系统的容量,在提升网络覆盖方面也有突出的优势,这一点在支持5G网络实现连续覆盖,降低站点密度和建网成本方面至关重要。

图1 Massive MIMO提升用户体验

之前大家普遍认为,3.5GHz的5G NR相对于2.6GHz的LTE,由于传播损耗、穿透损耗及时分复用方面的因素,3.5GHz的覆盖会比2.6GHz差很多,因而需要建设更多的基站才能达到同等的覆盖。基于在通讯行业积累的丰富经验和对5G系统的深入分析,中兴通讯通过理论仿真和外场实测证明,基于双发CPE终端,采用Massive MIMO技术的3.5GHz 5G网络可以和2.6GHz LTE网络做到共站建设,从而具备独立连续组网能力,大幅度缩减运营商在5G部署初期的网络建设投资。

在实现层面,Massive MIMO除了对硬件设计有一定能力要求外,其算法和性能优化也同样重要。伴随着Pre5G在全球的大规模商用,中兴通讯在Massive MIMO技术商用网络应用中积累了丰富的信道估计和多用户多流算法优化经验,这为其在5G先发优势奠定了扎实的基础,实际上,当前低频段5G产品在成熟度和性能方面的优势已经非常明显。另外相对于传统的天线+基站的部署方式,Massive MIMO基站在站点安装、调试、优化方面将发生显著的改变,Pre5G Massive MIMO的规模商用会帮助设备商在全流程上做好充分准备。

以上分析表明,Massive MIMO技术不仅可以数倍提升5G的频谱效率,还可以使3.5GHz的5G网络在覆盖能力上进一步加强,支持与当前4G网络共站建设,以节约运营商初期网络部署成本,降低网络部署难度。

基于FlexE的5G传输

5G网络部署,传输必须先行!随着5G标准、系统和终端商用进程的加速,留给传输网络改造和升级的时间越来越紧迫。5G传输网络改造将会是5G规模部署之前运营商一块较大的投资,需要在几年的时间内完成大部分站点接入、汇聚等层面的改造升级。移动运营商必须基于自身的传输网络基础,充分考虑5G网络的架构,5G基站的部署模式来选择最适合自己的传输网络改造方案。

5G采用更宽的频谱和Massive MIMO技术,因而CPRI接口不再适用,需要重新划分;考虑到部分基带功能的集中及虚拟化,基带部分也切分为分布单元DU和集中单元CU。按照业务需求和传输网络的不同,网络部署方式非常灵活。DU既可和AAU一起部署在站点侧,也可以集中到汇聚节点机房形成资源池,或者与中心机房的CU部署在一起。相应地,传输网络需要能够应对前传、中传、回传混合组网的复杂情况。如果同时考虑4G网络的传输需求和4G与5G的协同组网需求,传输网络面临的情况则更加复杂。

5G eMBB的接入能力相对4G网络有100倍以上的提升,因而对传输带宽提出了更高的要求。5G CU、DU的灵活部署要求传输能够应对前传、中传、回传混合组网的情况。未来, 5G还将支持海量物联接入和超可靠低时延通讯等多样化的业务,以及网络虚拟化之后数据中心之间的按需连接能力。因而5G传输网络将面临前所未有的复杂度和灵活性挑战。

当前,5G传输的标准化还在紧锣密鼓的推进中。中兴通讯提出的基于FlexE技术的5G传输解决方案不仅可以灵活处理前传、中传和回传的混合接入,还可以轻松应对网络功能虚拟化之后数据中心之间的按需连接要求,并可通过灵活的切片为eMBB业务提供超高宽带接入能力,为时延敏感业务提供超低时延转发通道,因而成为面向5G网络的理想传输方案。

图2 4G和5G传输需求的差别

基于云原生的5G核心网

虚拟化是未来核心网的必然趋势,而端到端的网络切片能力让运营商能够轻松应对垂直行业的差异化需求,为不同领域客户敏捷提供定制化的业务。网络虚拟化以后、软件取代硬件的比例逐步提升,多网共存、多业务并发的网络业务运作模式对智能化算法的依赖会更高,对运营商的网络运维团队能力也提出了较高要求,运营商的网络运维团队必须逐步转型为新业务的开发和网络切片的生命周期管理团队。

中兴5G 核心网采用云原生和微服务架构,在同一网络中按需支撑大带宽、大连接、低时延高可靠等不同种业务的需求;端到端的网络切片将核心网、传输网、接入网的资源打通,通过灵活的功能编排和资源的按需调度实现业务能力的多样化。此外,中兴通讯的运营商级DevOps系统可以使运营商具备新业务的开发、测试、运营和优化能力,大幅缩减新业务的上市时间,并降低网络的运维复杂度。

5G核心网的标准化会晚于5G RAN的进度,因此有的运营商考虑先部署5G NR,在第二阶段再引入5GC,也有运营商从一开始就考虑建设完整的5G网络。无论哪一种方式,我们认为核心网的虚拟化进程都不依赖于5G核心网标准化的进展。核心网虚拟化后,EPC、5GC将以软件应用的形式加载在虚拟化平台之上,因而在标准冻结之后可以通过软件升级平滑支持5G标准核心网。在4G阶段实施核心网的虚拟化改造,将一方面降低4G的运维成本,另一方面也为5G引入做好了准备。

总结

随着5G商用进程的加速,多数运营商都在积极开展新技术验证,制定面向未来演进的策略,探索ICT业务的创新商业模式,在这个阶段正视5G部署的挑战,选择正确的路径和节奏至关重要。

5G网络部署需要涵盖接入、传输、核心网、网管等各个方面。ZTE在5G端到端解决方案的预商用进展、系统性能等方面全面领先,已开展全球规模最大的5G预商用外场试验,并联合中国移动和高通完成全球首个符合R15标准的端到端互通测试。我们坚信ZTE的这些优势有助于帮助全球领先的运营商率先推出5G商用服务,占领5G时代的市场先机!

作者:陈志萍   来源:C114中国通信网

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