5G多接入融合组网技术探讨

２０１７年第６期　５Ｇ多接入融合组网技术探讨　许　猛　（福建省邮电规划设计院有限公司，福建省福州市３５０００３）　

摘　要　为了满足未来５Ｇ时代全业务、高带宽及多接入的发展需求，实现５Ｇ网络与多　种接入网络之间异构网络的融合互通，为用户提供高效便捷的网络服务．将现有的多种　接入技术与５Ｇ技术进行融合发展受到业界和学界的高度重视。文章介绍５Ｇ的概念、应　用场景，并重点探讨ＷｉＦｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＺｉｇＢｅｅ技术与５Ｇ移动通信之间融合组网的关键技　术，最后阐述５Ｇ网络发展的趋势及在多接入融合组网技术中存在的问题　关键词５Ｇ；ＷｉＦｉ；Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ；ＺｉｇＢｅｅ；多接入：融合　

面向２０２０年及未来，移动通信技术产业将迈入　５Ｇ（第五代移动通信系统）的发展阶段。５Ｇ将会满　足人们对超高流量密度、超高连接数密度、超高移动　性的需求，能够为用户提供高清视频、虚拟现实、增　强现实、云桌面、在线游戏等极致业务体现。５Ｇ网络　还将会渗透到互联网的各个领域，与工业设施、医疗　仪器、交通工具等进行深度的融合，实现“万物互联”　的愿景，有效地满足工业、医疗、交通等垂直行业的　信息化服务需要。　５Ｇ网络与其他先进技术之间融合发展达到相　辅相成、不可分割的整体。也是时代发展的必然趋　势。为了能够较好地提高工作效率，满足广大用户　体验的感知度，研究人员将会深入研讨多种技术之　间的互相融合和互相协作。目前，科研人员研究最　为典型的无线接入技术主要有三种：ＷｉＦｉ、Ｂｌｕｅ—　ｔｏｏｔｈ和ＺｉｇＢｅｅ技术。其中，在移动通信领域使用中　最为广泛的技术就是ＷｉＦｉ。它具有灵活组网、成本　低廉、移动性强、能够有效地保障网络的稳定性和　可靠性等特点，成为移动通信运营商首选的异构网　络部署重点对象。另外，Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ和ＺｉｇＢｅｅ技术可　以作为融合组网过程中补充内容。本文结合未来　５Ｇ通信技术与现有ＷｉＦｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ和ＺｉｇＢｅｅ技　术的特点．在充分发挥各自技术优势基础之上，让　移动通信技术与传统的无线接人技术发展更上一　层楼。　国内外移动通信系统的发展可谓是日新月异，　大约每十年会推出新一代的技术，从１Ｇ（第一代移　动通信系统）到４Ｇ（第四代移动通信系统），几乎都　具有其特定的业务需求和关键技术。目前，４Ｇ网络　已经在全球进行了大规模组网和成熟化的商用．同　时５Ｇ已经成为国内外移动通信领域内研究的热　点。２０１３年初欧盟在第７框架计划启动了面向５Ｇ　研发的ＭＥＴＩＳ（ｍｏｂｉｌｅ　ａｎｄ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａ．　ｔｉｏｎ　ｅｎａｂｌｅｒｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　２０２０　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｓｏｃｉｅｔｙ　项　目，我国在２０１３年６月也已启动该技术的研究。当　前，通信领域已经就５Ｇ技术的发展愿景、工作频　段、关键技术指标及应用需求等相关技术达成了　初步共识，并且在向更深层次的技术领域方面发起　攻势。　在信息技术的发展处于新的历史变革时期。５Ｇ　技术也呈现出崭新的关键技术特征，比如超密集异　构网络部署技术、基于滤波器组的多载波技术、大规　模ＭＩＭＯ（多输入多输出）技术、高容量及优覆盖性　能、灵活高效的频谱利用率、多址接入技术、智能化　的网络管理和无线资源管理、强大的设备连接能力、　较低的运营成本、绿色环保低耗需求、人性化的用户　体验、支持更多应用场景和高效融合的网络部署等　特点。　

睾Ｏ　１１　Ｔｃｋ‘　—　石　Ｃ—　ＩＲ，而　而ｌ　３６　２０１７年第６期　近年来．接入网技术的数字化、宽带化和业务综　合化已经成为主要发展趋势，无线接入技术的融合　发展将会是研究的重点内容。　２．１　Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ技术　Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ是一种全球通用的小范围无线通信　技术，针对近距离便携式设备之间红外线链路而提　出的。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ主要用于使特定的移动电话、便携　式ＰＣ（个人电脑）以及便携式终端设备的主机之间　在近距离范围内实现无缝的资源共享。它具有方便　快捷、小尺寸、低成本、低功耗和通信安全性好的特　点，支持语音和数据的传输，在近距离范围内各设备　间具有互用和互操作的性能。由于Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ技术传　输距离受限．与５Ｇ技术组网将会成为制约两者高　度融合发展的一个技术瓶颈。　２．２　ＺｉｇＢｅｅ技术　ＺｉｇＢｅｅ技术是基于ＩＥＥＥ８０２．１５．４标准的低功　耗局域网协议，工作在２．４　ＧＨｚ、８６８　ＭＨｚ和９１５　ＭＨｚ三种频段上，传输距离在１０～７５　ｍ范围内，它　是一种低功耗、近距离、低复杂度、低速率和低成本　的双向无线通信技术。随着物联网技术的发展，　ＺｉｇＢｅｅ技术在智能传感器方面的应用较为广阔。在　与５Ｇ网络技术组网过程中．它又会面临着通信稳　定性较差及低速率的传输能力等问题。　２．３　ＷｉＦｉ技术　ＷｉＦｉ技术俗称无线宽带接入技术．又称　８０２．１ｌｂ标准，工作在２．４　ＧＨｚ频段，具有高达ｌｌ　Ｍｂｉｔ／ｓ的传输速率，主要由ＡＰ（接人点）和无线网卡　所构成。它主要通过无线网络方式进行连接，针对大　型密集场所、住宅区、办公区、高校等区域进行热点　覆盖。ＷｉＦｉ网络具有传输速率高、组网灵活简便、成　本低廉和移动性强等特点，被广泛地应用到众多场　景当中。要实现５Ｇ与ＷｉＦｉ网络的融合，首先要了　解ＷｉＦｉ网络所具备覆盖范围广、组网简便、业务可　集成性和完全开放的频率使用段等特点。　面向２０２０年的５Ｇ时代。将会是一个泛型技术　的时代，由于无线技术已在多个技术领域上得以充　分地研究和部署。因此各种无线技术之间的融合必　然是一种发展的趋势。下文主要从三个层次来论述　融合技术。　１）多系统融合　无线业务系统的融合包括卫星通信系统与地面　移动站通信的融合、移动蜂窝和宽带接入的融合、蜂　窝通信与数字广播技术的融合、短距离通信系统的　融合等技术。融合的目的是在于充分发挥不同系统　在不同方面的优势。能取长补短、协同工作，以达到　更高的应用效率和更好的用户体验。　２）多领域跨界融合　伴随着未来应用需求的多样化，人们对网络的　依赖性也会大大增加，不仅仅满足于当今人与人之　间的互联互通，而且会逐步实现人与物、物与物之　间通信。５Ｇ网络必然会与多种应用领域技术互相　融合，以满足设备多样化的无线连接性要求，并　能够高速处理各类联网信息，实现高效、便捷和安　全的信息传输和资源共享，真正地开启物联网的新　世界。　３）多接入／多层次／多链路融合　目前．蜂窝系统内的多种无线接入技术、多层次　的覆盖技术、多链路之间的紧密融合和协同工作。可　以给用户提供更多、更优的服务。其中，异构网络融　合主要研究方向包括：ａ）通过多接入技术互操作实　现多种制式网络之间的合理选择和业务切换。ｂ）通　过多种连接方式以实现灵活可靠的网络，降低时延，　降低系统开销，提高能耗效率。Ｃ）多技术制式、多层　次和多连接的复杂网络实现统一的自组织自优化，　降低资本输出和运营成本。　

５Ｇ通信系统的发展不仅包括新的无线接入技　术，还包括现有各种无线接人技术的后续演进技术，　因此它将会是多种无线接人技术之间的融合，比如，　与ＷｉＦｉ技术、ＺｉｇＢｅｅ技术、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ技术、３Ｇ技　术、４Ｇ技术和ＵＭＴＳ（通用移动通信系统）技术等之　间实现共生共存。　４．１　合组网的应用场景　５Ｇ与ｗｉＦｉ技术融合组网将面临的主要任务是　移动互联网业务和物联网业务。其中在移动互联网　

Ｔ警ｖｉｏｌ　ｉｌ　ｌ　ｌＯｒｌｌａ吕ｏｌｌ’　・，　Ｈ－ｌ口　．一一　３７　流量类的业务中用户体验速率的要求较高，将会是　融合组网中面临的重要挑战。比如．应用在无线社　区、高密度的公寓等终端设备在单个接入点中低密　度场景，应用在远程医疗和随时随地播放高清视频　等吞吐量较高的场景。５Ｇ与Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ技术融合组　网主要研究的是在个人局域网场景下信息传输和交　换。比如．应用在家庭电子门上的蓝牙技术。５Ｇ与　ＺｉｇＢｅｅ技术融合组网需要面Ｉ临的问题是解决低速　率场景下的互联互通，比如，基于５Ｇ的家庭自动智　能化方面的研究应用。　４．２融合组网架构　目前，业界普遍使用的移动蜂窝网络与ＷｉＦｉ融　合的方案有两种：以ＵＭＡ（非授权移动接入）为代表　的３Ｇ与ＷｉＦｉ融合的实施方案和基于３ＧＰＰ２的　ＰＤＩＦ（分组数据互通功能）固定移动网络实施方案。　对于ＬＴＥ（长期演进）网络来讲，可以把ＥＰＣ（演进　分组核心网）通过Ｓ２ａ、Ｓ２ｂ、￥２ｃ接口进行顺利的接　入，以该方案为基础搭建５Ｇ移动通信网络与ＷｉＦｉ　技术的网络融合架构。而５Ｇ与Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ技术组网　主要是基于无线接入网（３Ｇ、４Ｇ、５Ｇ或ＷＬＡＮ等）　上的ＩＰ承载。５Ｇ与ＺｉｇＢｅｅ技术组网目前难以找到　可搭载的支撑平台，不妨可以利用一种桥接器的方　式完成无线接人融合组网。　４．３融合组网的关键技术　由于５Ｇ与多接入融合组网是一项技术难度系　数较高的工作，既要获得较高的网络利用率，又要　提供较好的服务质量及用户体验，因此需要解决一　些技术难题：在多业务环境下保障网络的稳定性、　干扰抑制技术、动态自适应技术、空口能力扩展和　无缝平滑切换技术等。为了解决融合组网过程中面　临的问题．下文主要探讨四种关键技术，分别为无　感知认证技术、安全组网、空口能力扩展和绿色低　耗通信技术。　１）无感知认证技术　无感知认证技术是一种终端自动认证的技术，　移动终端设备在一次接人网络之后。无需再次进行　认证就能自动接人到网络，这样能够避免给用户带　来过多的繁琐操作，大大提高用户使用的方便性。　作为与５Ｇ融合的ＷｉＦｉ技术、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ技术和　ｚｉｇＢｅｅ技术理应具备该特征。当今业界比较成熟的　２０１７年第６期　无感知的认证方式有三种：ＰＥＡＰ（受保护的可扩展　身份验证协议）、ＥＡＰ—ＳＩＭ／ＡＫＡ（扩展认证协议一　客户识别模块／认证和密钥协商机制）及ＭＡＣ（介　质访问控制）地址认证方式。　２）安全组网　在５Ｇ与ＷｉＦｉ技术、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ技术、ＺｉｇＢｅｅ技　术之间融合组网过程当中，必定将会脱离运营商的　物理隔离保护模式，因此网络安全会是一个亟待解　决的问题。为了确保融合后网络具有较好的保密性、　完整性、可控性和可用性等特性．就需要在软件及硬　件资源、网络内部及外部、访问控制技术、数据加密　等方面加强对网络安全的保护。融合后的网络既能　让用户体验到网络所带来的便捷、快速的优质服务，　又要保证网络通信安全的可靠性，最大程度地避免　给国家、集体和个人带来不必要的利益损失。　３）空口能力扩展　在移动通信领域，为了满足未来应用的需求，同　时考虑到５Ｇ网络系统所面临的低时延、高传输速　率和非严格同步的情况下系统的鲁棒性等挑战，空　口能力扩展将是５Ｇ技术融合组网技术中面临的重　要难题。然而，５Ｇ网络与ＷｉＦｉ技术、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ技术　和ＺｉｇＢｅｅ技术融合组网也将面临同样一个崭新的　技术挑战。目前，华为提出了未来５Ｇ通信系统中两　种新的空口技术：Ｆ—ＯＦＤＭ（基于滤波的ＯＦＤＭ）和　ＳＣＭＡ（稀疏码分多址接入）。因此，可以借鉴上述新　技术推动５Ｇ融合组网中空口技术的发展，同时还　需要学术界和产业界的研究人员不懈努力，从理论　上和实践上不断地探索并寻求解决方案。　４）绿色低耗通信　众所周知，蜂窝移动通信在我国基站布局当中　占有较大的比重，各种基站的耗能是当前所面临的　主要问题。因此，既要保证网络的通信质量，又要保　证最低限度的能源消耗，将是通信产业内所面临重　大的挑战，绿色节能的通信技术将是发展的必然趋　势。５Ｇ技术分别与ＷｉＦｉ技术、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ技术和　ＺｉｇＢｅｅ技术融合，并且要满足多层覆盖多无线接入　技术的要求．可以借鉴使用绿色智能设备、灵活多样　化的设备组网、高效的资源调度和多层次网络部署　等措施。　（下转第４６页）