Applications of mm-wave for 5G
Zhong Min
Abstract: In this lecture, the multi-layer network architecture, and applicable spectrum, typical use case of mm-wave in wireless access netwok and KPI for 5G, is introduced, and UE access network, backhaul and fronthaul link is further discussed .
Keywords: heterogeneous network(hetnet); access network(an); backhaul link; fronthaul link
5G的目标是能实现如图1所示的连接。按照这个目标，5G将推动人类社会信息交互方式的进一
步升级，为用户提供增强现实、虚拟现实、超高清
（3D）视频、移动云等更加身临其境、前所未有的
体验；通过物联网极大扩展通信服务范围，从人与人通信延伸到人与物、物与物智能互联。这意味着将面临海量、密集的用户，巨大的通信容量和速率要求的挑战，是以前几代的蜂窝无线移动通信无法
胜任的，于是5G应运而生，在网络拓扑和频谱投入
上，通过新的发展、开拓来达到目的。
1 从单层网络向多层网络演变
在第一讲中，我们介绍了5G的一些应用场景，如连接广域覆盖、热点高容量、低功耗大连接、低时延高可靠等，满足不同要求的解决方案是引入
多层网络架构，如图2所示。在蜂窝移动通信中，宏蜂窝小区覆盖范围为1～25km，为适应5g的应用，在一些超密集用户分布的地方，嵌入小区（small cell），设置小区基站，如图2 所示。小区包括微小区
（覆盖半径30～300m）、微微小区（10～30m）、飞 （本图来源：Theodore S,rappaport,ieee Transactions on Antennas and Propagation,special Issue on 5G,nov.2017
蜂窝（超小型，家庭型）等，除网络规模、大小不同外，可能采用不同的接入技术，因而称为异构网络
（Hetnet）。由于毫米波具有丰富的频谱资源，但传播衰减较大，穿透能力弱，可用来提供LOS传输；
而宏蜂窝采用较低的频段传输信号，从而保证甚至
在NLOS条件下，获得较大的、适当的覆盖。而且，
宏小区和小区基站采用不同的频带，可避免宏小区与小区之间的相互干扰。这种多频段异构网络的一
个例子如表1所示[1]。
表1
要指出，小区的设置可能是离散的，即非无缝隙连接，这样会产生越区切换的问题，在每个小区基站中通过信令信道去实施是相当复杂的；另外，用户设备要配备双频段，也增加了复杂度和成
本。一个解决方案是将用户（U）和控制（C）平面分离，如图3示。宏小区支持C平面和U平面二者的信令，通过宏小区通信进行管理，利用用户设备与宏基站之间进行信令交互。小区仅用于传递用户业务。宏基站能对用户设备的移动性和业务进行中心化集中管理。在典型的蜂窝区点，有一基带单元
（BBU），用以处理用户和控制数据。
2 用户接入网
现代通信过程通常是通过电信网络实现的。完整的电信网络的组成如图4所示。其中，核心网是由 长途网和中继网组成的，而用户与核心网之间的接续网络，便是接入网（AN, Access Network）。
图4中，CPN为用户驻地网， UNI为用户网络接
口，SNI为业务接点接口。
ITU-T G.902给出的接入网的定义是：AN是由业务接点接口（SNI）和相关用户网络接口（UNI）
之间的一系列传送实体（如线路设施和传输设施）所组成的、为传送电信业务提供所需承载能力的实
施系统。提出接入网（AN）的概念，其目的之一是
采用多种传输媒体来灵活支持混合的不同接入类型与业务。按此概念，接入网的物理媒体可以是基于有线（如光纤），也可以是基于无线的。无线接入网分为固定无线接入网和移动接入网。
表2是MMMAGIC列出的毫米波移动无线接入网的8种使用情况[2]。
表2毫米波移动无线接入网的8种使用情况
图5给出了用户设备通过Wifi中继接入基站的示意图。对于固定的无线接入，则如图6所示，图中的用户转接设备也就是无线路由器。在图7所示的移动用户接入中，使用了一种称为“Mobility First”的路由器，它是采用一种适合移动接入的新的互联网通信协议[3][4]。