5g移动通信系统中网络切片和bwp技术浅析

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引言:5G 移动通信系统承载着不断涌现的多样化业务,以及要应对剧增的移动数据流量增长,因此需要新一代网络架构和创新技术灵活地适配上述需求。网络切片作为5G 移动通信系统中重要的创新技术之一,使5G 移动通信系统能够支持多样化业务发展的需求。网络切片技术可以让运营商在5G 移动通信系统中切分出多个虚拟的端到端网络切片实例,来提供不同特征及业务需求的各种类型服务器,因此,运营商可以根据不同的业务需求在网络侧灵活配置其所支持的网络切片。
面对更大的系统带宽的需求,5G NR 系统引入了带宽部分(Bandwidth Part ,简称BWP ),5G NR 系统支持动态灵活的带宽分配,将系统大带宽划分成多个带宽部分,以支持窄带终端用户,或节能模式的终端用户的接入。该大带宽中的终端设备工作的小带宽部分则认为是带宽部分。BWP 是指在给定参数集和给定载波上的一组连续的物理资源块,根据需要动态改变指示给终端设备,该特性是5G NR 区分于4G LTE 的典型特性之一。BWP 的引入,不仅保证了仅支持小带宽的终端设备能够在系统大带宽小区中工作,也可以使终端能够在不同状态时采用不同的工作带宽。
作为5G 标准下新引入的概念,本文对上述网络切片和带宽部分两种技术作出简要的介绍和分析。
1  网络切片(network slice,NS)
网络切片(network slicing ,NS )是第五代(5G )通信标准下新引入的概念。传统蜂窝网络架构对不同的终端类型和业务类型只能提供同一类通信服务,难以满足数字化转型浪潮带来的差异性通信需求。
为了提供差异性通信服务,在5G 移动通信系统中,网络将被抽象为多个网络切片,一个网络切片可以满足某一类的通信服务需求,5G 移动通信系统可以由满足不同通信服务的大量网络切片组成。
网络切片是5G 移动通信系统的关键构建块之一。所谓网络切片,主要是指由一组网络功能(包含支持所述网络功能的网络资源)组成的具有特定的网络特性(具体为可以为超低延时、超高可靠性等)的实例化的完整的逻辑网络,这个逻辑网络包含满足特定业务所需要的网络特征,为此特定的业务场景提供相应的网络服务。简言之,网络切片通过将物理网络实体划分成多个逻辑独立网络,从而为不同业务场景提供所需服务。网络切片是一个完整的逻辑网络,可以独立承担部分或全部的网络功能。网络切片技术通过在同一网络基础设施上虚拟独立逻辑网络的方式为不同的应用场景提供相互隔离的网络环境,使得不同应用场景可以按照各自的需求定制网络功能和特性。网络切片包括:独立切片及共享切片。其中,独立切片为拥有独立功能的切片,包括控制面、用户面及各种业务功能模块,为特定用户提供独立的端到端专网服务或者部分特定功能服务。共享切片为其资源可供
各种独立切片共同使用的切片,共享切片提供的功能可以是端到端的,也可以是提供部分共享功能。
现有的网络切片技术主要从以下两个方向进行:(1)根据不同的业务和部署场景,5G 无线接入网络(radio access network ,RAN )架构总体可以分为集中单元(central unit ,CU )和分布单元(distributed unit ,DU )两级,基于切片的特点类型可对RAN 侧协议栈做灵活的定制切分,RAN 网络
是切片业务直接面向用户的承载者。(2)根据无线资源分配方式进行网络切片:将频率、时间资源以固定方式分配给每个特定的切片,用户利用这些静态的无线资源接入切片网络;或者,网络切片的调度管理服务根据切片业务请求的实时到达情况按需分配时频资源,并确保各切片间的资源平衡分配,这种方式根本上是在一个基带核中为切片预留了资源。
通用应用接口框架(common API framework ,CAPIF )开放给API 调用网元的北向API 可以对应一个南向API 或者对应多个南向API ,这些南向API 一般由同一个网络切片中的网元提供。一般地,应用业务提供商或者应用会与移动通信网络运营商签订租赁一个或者多个网络切片的合约,签订的合约信息包括应用业务提供商或者应用与网络切片信息的对应关系,该合约信息可以存储在策略控制功能(policy contorl Func-tion ,PCF )或者统一数据库(unified data repository ,UDR )中。
2  BWP(Bandwidth Part,带宽部分)
与以往的移动通信系统相比,5G 移动通信系统,也称为新空口(New Radio ,简称:NR )系统,需要适应更加多样化的场景和业务需求。5G 的N R 系统中,一个小区最大支持高达400MHz 系统大带宽,远大于LTE 最大20MHz 的系统带宽,以支持更大的系统与用户吞吐量。由于终端设备可能只能
5G 移动通信系统中网络切片和BWP 技术浅析
国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心通信发明审查部  李福涛
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支持一个比较小的工作带宽(如5MHz ),5G NR 系统支持如此之大的系统带宽对于终端设备的实现将是一个巨大的挑战,不利于低成本终端设备的实现。BWP (Bandwidth Part ,带宽部分),是针对5G NR 系统的网络侧采用系统大带宽(400MHZ )传输数据的背景,鉴于不同的终端设备通常具有不同的带宽能力而引入的概念,以使得小带宽能力的终端设备也能够接入大带宽网络中的一部分带宽。
现有的关于BWP 的一些设计结论如下:BWP 的工作机制:从网络侧的角度,网络通过配置和激活/去激活的过程来实现在多个BWP 之间灵活切换,以满足终端设备不同的传输需求。从终端设备配置的角度,对于不同的终端设备功能,BWP 可以作为是1个小区或1个小区下的BWP 。一个终端设备可以被配置一个或多个BWP ,最多可配置4个BWP ,但3GPP Rel-15规定同一时刻上/下行只能分别激活1个BWP 。当终端设备被配置多个BWP 时,每个BWP 可以采用相同或不同的numerology ,其中,numer
ol-ogy 为通信参数集合,该通信参数集合中可以包括:子载波间隔、符号长度,循环前缀长度等参数。一个终端设备的DL 和UL BWP 可以分别由网络进行配置,终端设备可以被激活一个或多个BWP 。此外,终端设备可以根据L1/L2信令的指示,进行BWP 的调整,具体调整可以包括以下三种情况:BWP 中心频点不变,BWP 带宽变化;BWP 中心频点变化,BWP 带宽不变;BWP 中心频点变化,BWP 带宽变化。
如果终端设备不能支持蜂窝小区的所有numerology ,可以在为终端
设备配置BWP 时,避免将对应的频带配置给终端设备。网络通过RRC 信令为终端设备配置每个小区可用的BWP 集合,再通过L1/L2信令动态激活或去激活需要启动的BWP 。在一个蜂窝小区中,网络侧可以同时激活一个或多个BWP 。LCP (logical channel priority ,逻辑信道优先级)过程,是终端设备根据上行优先级进行针对上行数据发送的组装的方法,目前在5G NR 中根据业务需求,有可能要求某个逻辑信道只能映射在一种类型的载波上。针对BWP 的概念,不同的BWP 可能有不同的numerology ,由于LCP 的限制就可能将数据映射不同的逻辑信道到指定的BWP 上发送。
3  结束语
网络切片和BWP 是5G 标准下新引入的概念。网络切片是5G 重要的创新技术之一,网络切片使5G 移动通信系统能够支持多样化业务发展的需求。在面对更大的系统带宽的需求时,5G NR 系统引入了带宽部
分(BWP ),BWP 特性可以达到降低终端设备的工作带宽、是仅支持小带宽的终端设备能够在系统大带宽小区中工作,并可使终端设备在不同工作状态下使用不同的工作带宽。然而上述两项技术在实际通信中
仍然面临着诸多挑战,还需进一步的研究。
北斗导航是一款我国自主研发的卫星导航系统,具备高精度广范围的定位性能、短报文通信能力、低延时授时服务、自主可控的安全稳定系统以及CGCS2000坐标系的原生数据,打破了GPS的多年垄断地位。
地理测绘工作是国家地理信息建设的重点工作之一。借助北斗的种种特性,我国的地理测绘工作可以结合北斗产生多角度的综合应用,实现对我国地理测绘工作的升级和创新。
引言:随着我国科技水平在信息、微波通信、空间、航天等领域的长足发展,我国逐渐在一些原本由国外垄断的领域内竖起了中国制造中国创造的牌子。北斗卫星导航系统就是这些牌子中的典型例子。北斗具备完全自主知识产权,整套系统自主可控。它的研发和正式运行打破了GPS在导航领域的垄断,在航空航天、军事、授时、测绘等领域为国内乃至国际用户提供高质量的服务。借助北斗系统,我国的地理测绘将产生极大的变革,对我国进一步完善基础地理信息,挖掘地理信息资源,实现地理测绘的成果转化和商用提供了极大的助力。
1  北斗导航及其特点
北斗导航作为对标GPS的一套卫星导航系统,其独特之处在于具有更广的覆盖范围、更高的精度、符合我国测绘工作的坐标体系、独有的卫星导航通信功能及更安全可靠的系统性能。与GPS相比,我国在应用北斗导航后,能够打破GPS 在导航领域的垄断地位,进一步获得更高精度的定位导航结果。对于提升我国地理信息安全程度有极大的意义。
1.1  高精度数据
与GPS类似,北斗导航对外服务时有两种策略:开放式和授权式。开放式,顾名思义是面向民用领域开放对接和商用。考虑到系统运行成本,开放式能够支持纵横10m以内的导航精度,低至20纳秒的授时精准度,同时对于运动物体的测速精确度能达到0.2m/s。单从精度来讲,开放式授权已经超过了GPS 民用授权。而授权式则能根据具体需要进一步提升精度,与此同时,授权式还提供了短报文通信服务,在导航的同时实现了信息双向传输。
1.2  地理服务覆盖范围广
北斗导航作为一种全天候全时域全地理类型的导航系统,由于组网和测量的独特设计,使得其在对复杂地形区域提供数据测量服务时更为精准。据最新资料,在轨的卫星数量已经达到39颗,已经彻底实现全球覆盖。广泛的地理覆盖范围和地形区域覆盖率,使得北斗领先于GPS。由于地形覆盖率较地理覆盖率而言更难以提升,北斗的这一突破使得我国在进行全疆域的高精度测绘时更
北斗导航在地理信息测绘中的应用
北京卫星导航中心  田  原  卢  伟

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