中国联通弹性空口（CUBE-FLEX AIR）白皮书 中国联通 2019年11月 目 录 1 引言 . 1 2 移动通信网络演进的需求与挑战 . 2 3 弹性空口技术的内涵. 5 4 弹性空口的技术方案. 7 4.1 动态空口资源分配 . 7 动态频率共享 . 7 灵活系统带宽 . 9 灵活的帧结构 . 11 4.2 灵活的空口资源协同 . 15 宏微协同 . 15 高低频协同 . 17 4.3 智能空口资源管理 . 18 智能波束管理 . 18 智能能耗管理 . 22 5 未来推进计划 . 25 6 总结与展望 . 26 中国联通弹性空口（CUBE -FLEX AIR）白皮书 1 / 26 版权所有 ©中国联通网络技术研究院，2019 1 引言 移动通信的带宽在近十年得到了飞速的发展，为了应对未来高速增长的移动数据传输需求，5G移动通信技术的探讨与研究正在深入进行。2019年6月6日工信部向中国电信、中国移动、中国联通、中国广电发放5G商用牌照。这标志着中国正式进入5G商用元年。 ITU-R（国际电信联盟无线电通信局）确定未来的5G具有以下三大主要的应用场景：（1）增强型移动宽带；（2）超高可靠与低延迟的通信；（3）大规模机器类通信。具体包括：Gbps移动宽带数据接入、智慧家庭、智能建筑、语音通话、智慧城市、三维立体视频、超高清晰度视频、云工作、云娱乐、增强现实、行业自动化、紧急任务应用、自动驾驶汽车等。 图 1 5G 业务应用场景 为了更好的应对未来移动通信网的演进需求与挑战，本白皮书提出了弹性空口（CUBE -FLEX AIR）的技术方案，利用动态空口资源分配、灵活的空口资源协同和智能空口资源管理，打造“弹性”、“智能”、“协同”的网络。 中国联通弹性空口（CUBE -FLEX AIR）白皮书 2 / 26 版权所有 ©中国联通网络技术研究院，2019 2 移动通信网络演进的需求与挑战 回顾移动通信网络演进的历史，我们可以看到两条明显的发展脉络。一条发展脉络是以移动网络能力为代表的移动通信技术的发展，一条发展脉络是承载在移动网络上的业务的发展与变化。随着技术的发展，移动通信网支持的速率快速增加，服务能力不断增强，以移动互联网应用为代表的移动视频、手游、移动支付等业务应用得以迅猛发展。而不断丰富的业务类型，反过来对移动通信网的容量、速率和服务能力提出了更高的要求。 图 2 移动通信网络的发展脉络 2019年是5G元年。5G 时代业务类型更加丰富多样，增强现实、虚拟现实、超高清全景视频等多种高容量、高速率一同迸发，推动者人类社会信息交互方式的进一步升级。另一方面，全球城市智慧化的进程极大扩展通信服务范围，5G时代将不仅局限于人与人之间的通信互联，数以千亿计的机器、设备将接入网络，实现从人与人通信延伸到物与物、人与物的智能互联。而以工业互联网、远程医疗为代表的行业应用呈现差异化、多样化、精细化的发展趋势。高可靠、低时延、大连接是行业应用对网络的基本能力要求，移动通信网络还需要能够提供更多的、差异化的、面向应用的、快速部署的、整合的能力。 中国联通弹性空口（CUBE -FLEX AIR）白皮书 3 / 26 版权所有 ©中国联通网络技术研究院，2019 行业应用是移动网络发展的爆发点，这已经是整个通信行业达成的共识。但是当前移动通信网络的能力还不能够适应业务发展带来的变化，更无法满足行业应用的需求。 在频谱和网络结构方面，2G/3G/4G/5G多种制式存在长期共存，不同频段和制式下资源利用效率严重不均，各个系统刚性的资源配置无法动态的调整，不能动态匹配业务多变的需求，难以发挥出整个移动通信网络的最大效率。 图 3 各频段频谱利用情况 系统配置不够灵活。相比传统eMBB业务以下行容量需求为主，5G 行业应用业务，如远程医疗、安防监控等，大带宽上行需求凸显。固定化的帧结构及上下行资源配置难以满足差异化的业务需求。 网络管理和优化复杂性极高。首先，多系统共存、多频段共存导致系统资源管理复杂。其次，5G网络引入了Massive MIMO和波束赋形技术，在带来系统能力和效率提升的同时也带来了网络规划、优化和能耗方面的挑战。最后，多样化的5G行业应用也对网络架构管理的能力提出了更高的要求，网络运营的复杂度显著提高，传统的人工配置方式难以满足差异化、快速部署的场景需求。 900MHz频段26901.9/2.1GHz频段移动TD-SCDMA /TD-LTE18802.3GHz频段（仅室内）2.6GHz频段电信L联通W/L1920 1940 1965 1980电信LTE联通W/L2110 2130 2155 2170联通TD-LTE移动TD-SCDMA/ TD-LTE2320 237023002555 2575 2635移动新增5G NR2500移动新增5G NR移动TD-LTE/新增5G NR240026551.8GHz频段移动G/L1710联通G/L1735 1750 1785移动G1805联通G/L1830 1845 1880电信C/L824电信C/L835 869 880移动G/L联通G/U/L 889 909 915移动G/L联通G/U/L954 960934未分配FDD频谱已分配频谱移动TD-SCDMA2010 2025联通L 电信L1765 1780联通L电信L1860 18751885目前保护带，待移动TD频率上移后，2019年底归电信使用保护带，其中需要移动TD现网清退5 MHz频率（1880-1885MHz）用于保护带1915未分配TDD频谱21453.5GHz频段4.9GHz频段3400 3600500048002515 2675电信 5 G NR移动 5 G NR联通 5 G NR仅室内35003300904 949FDD UL FDD DL FDD UL FDD DLFDD UL FDD DLFDD UL FDD ULTDD TDDTDDTDDTDDTDD移动分阶段腾退，至2020年5月，全国范围清退给中国联通使用中国联通弹性空口（CUBE -FLEX AIR）白皮书 4 / 26 版权所有 ©中国联通网络技术研究院，2019 网络的容量、覆盖不能满足业务分布不均衡的挑战。5G带来丰富的业务，不同业务在速率、时延、可靠性方面的需求存在较大的差异，单一的网络覆盖只能满足2C用户的基本需求，对于差异化的业务需求需要更加融合和协同的网络。 中国联通弹性空口（CUBE -FLEX AIR）白皮书 5 / 26 版权所有 ©中国联通网络技术研究院，2019 3 弹性空口技术的内涵 “弹性空口”是指能够根据用户和业务需求的变化通过动态调整网络资源、智能网络管理、灵活的跨域协同等技术手段进行最优化的资源配置，在匹配用户业务需求，做到“网随业变，网随人动”的同时最大化系统的效率，打造“弹性”、“智能”、“协同”的网络，实现业务体验与系统效率的双提升，如下图所示。 图 4 “弹性空口”内涵 “弹性”即为动态的资源配置，包括动态频谱共享、灵活的系统带宽和灵活的帧结构等。动态频谱共享是指实现相同频段范围内不同系统制式的频率动态共享，实现系统间资源的弹性配置，最优化资源利用率；灵活的系统带宽是指实现系统制式内带宽配置的多样性，可以依据业务需求进行系统频率资源的弹性配置；灵活的帧结构是指实现系统帧结构配置的多样化，可依据用户上下行业务需求进行灵活配置，实现业务的弹性。 “智能”即为智能的网络管理，包括智能的波束管理和智能的能耗管理。智能的波束管理是指基于人工智能技术开展FDD/TDD Massive智能波束赋形，快速适应用户分布，提升网络覆盖，降低网络干扰，减少人工参与，提升系统的效率；智能的能耗管理是指基于人工智能技实现多制式智能协同，实现网络区域级、基站级、扇区级不同颗粒度的智能节能，实现系统性能和能耗的平衡。 中国联通弹性空口（CUBE -FLEX AIR）白皮书 6 / 26 版权所有 ©中国联通网络技术研究院，2019 “协同”即为灵活的空口协同，包括宏微协同和高低频协同。宏微协同是指通过室外宏站、室外微站、室内微站之间的资源协作、干扰控制、双连接等协同技术，实现区域间的资源协同，满足用户分布不均衡下的业务需求；高低频协同是指通过低频、中频、高频资源之间的载波聚合、双连接等协同技术，实现跨频段之间的无线资源协同调度，满足用户弹性的业务需求。 中国联通弹性空口（CUBE -FLEX AIR）白皮书 7 / 26 版权所有 ©中国联通网络技术研究院，2019 4 弹性空口的技术方案 4.1 动态空口资源分配 动态频率共享 伴随着4G和5G网络的长期共存，静态的频谱配置无法匹配动态系统业务分布，造成不同系统忙时资源不足和闲时资源利用率低下，灵活动态的频谱使用策略和能力为用户提供最大化的空口频率资源。利用用户业务在时间上分布的差异，提高频率利用效率，实现1+1>2的网络效能，解决日益增长的用户需求与有限紧张的频率资源之间的矛盾，使得频率资源利用最大化，网络效能最大化，用户保障最大化。 中国联通一直致力于频谱动态共享的技术研究和应用。早已在2018年多个地市将GU动态频谱共享技术和GL动态频谱共享技术落地。同时，也是NL频谱共享的积极推动者，追求在基站和终端侧的完美协同，以追求更高效的频率共享机制。LTE与NR都是采用OFDM技术，具有相同子载波间隔的LTE和NR具备天生的动态频谱共享条件，只需规避信道/信号冲突即可实现RB级动态频谱共享。 下表显示了LTE和NR共享时上下行各信道之间的冲突。 表 1 LTE和NR下行信道之间存在的冲突 NR LTE PDCCH/PCFICH/PHICH CRS PDSCH CSI-RS SSB YES YES - - CORESET0 YES YES - - PDCCH YES YES YES - RMSI - YES - - PDSCH - YES - YES CSI-RS - - YES - 中国联通弹性空口（CUBE -FLEX AIR）白皮书 8 / 26 版权所有 ©中国联通网络技术研究院，2019 表 2 LTE和NR上行信道之间存在的冲突 NR LTE PUSCH PDCCH DMRS SRS PRACH PUSCH YES YES - YES YES PUCCH YES YES - YES YES DMRS - - - - - SRS YES YES - YES YES PRACH YES YES - YES YES 可以通过下列解决方案来避免上述各信道之间的冲突： 表 3避免信道冲突的解决方案 相关信道 解决方案 CRS LTE CRS rate matching PDCCH PDCCH in symbol 2 PDCCH Semi-static rate-matching resource set configuration for DL DRMS Alternative PDSCH DM-RS pattern PDSCH BS Scheduling PUSCH BS Scheduling and 7.5 kHz UL shift 为了避免信道之间的冲突尤其是控制信道之间的冲突，NR需要增加PRB的开销。NR和LTE频谱共享增益主要来至于NR用户业务与LTE用户业务分布的差异性。 下面5张图显示了NR与LTE动态共享时，如何获得的频谱效率增益。 图 5 LTE用户业务带宽需求分布 图 6 NR用户业务带宽需求分布 从上图可以看出，即使在忙时，NR用户和LTE用户的RB利用情况在时间上的分布仍会有细微的差别。如果静态的将NR带宽和LTE带宽分别分成1/2+1/2，将会使得NR和LTE空闲RB和未满足用户需求的情况都会增多。如下图所示：