广域微域融合技术白皮书

广域微域融合技术白皮书 （2023年） 中国移动通信集团有限公司 编制单位：中移智库、中国移动通信研究院、上海诺基亚贝尔股份有限公司 前言 为进一步满足低延迟、高可靠、高容量等6G极致传输性能需求，缩短端到端路径，本白皮书创造性的提出微域通信概念，通过广域微域融合将传统网络覆盖范围向更小更微渗入，拓展网络应用边界及功能。将微域通信纳入广域端到端传输框架进行一体化设计，通过统一技术体制，实现广域微域的协同共生，支持极致性能本地业务及垂直行业应用，满足网络按需灵活部署、网络差异化、定制化和沉浸式性能要求等需求。 本白皮书主要介绍6G广域微域融合技术概念，融合组网架构的功能需求及同制式融合组网方案，探讨广域微域融合关键技术解决方案，并进行初步的性能仿真评估，以期引发业界的讨论与思考。 本白皮书的版权归中国移动所有，未经授权，任何单位或个人不得复制或拷贝本文之部分或全部内容。 目录 前言I 1.广域微域融合技术概述2 1.1技术概念2 1.2驱动力2 1.3技术特点3 1.4技术优势3 2.广域微域融合组网架构5 2.1架构功能需求5 2.2组网架构方案7 3.广域微域融合关键技术9 3.1技术挑战9 3.2广域微域协同9 3.3微域间协同10 3.4微域空口传输11 3.5仿真评估12 4.总结和展望15 5.编写单位和作者16 缩略语列表17 参考文献18 1.广域微域融合技术概述 1.1技术概念 本白皮书中提及的微域是指在特定实体中（如车内、人体、家庭内等）或微小区域范围内部署形成的小型无线网络，支持本地业务处理不出域，且能提供微域内极致性能服务。 广域微域融合旨在延展传统移动通信网络的部署及功能边界，在广域网络末端支持微域网络连接，构建类似网中小网的组网形态，在广域网协同控制下，充分发挥微域的短距离通信优势，从而支持6G超高速率、超高传输可靠性（如99.99999%可靠性）、超密集部署以及超低传输时延（如0.1ms环路时延）等极致性能需求[1]，实现有限无线资源的高效重用，改善网络覆盖、提高频谱效率、降低系统功耗。 1.2驱动力 从未来应用场景及需求来看，面向6G的潜在应用场景在传统性能指标基础上，对极致性能需求提出了更高要求，如已发布的《IMT-2030+愿景与需求白皮书》中提及的沉浸式体验、数字孪生人、智慧交互等潜在应用场景，需要进一步满足超高速率、超高传输可靠性、超低传输时延、超密集连接、超低功耗等极致性能体验需求[2]。这些特定化的应用场景可以在更小范围内部署，驱动网络覆盖向更小更微渗入。而终端类型多样化、业务场景需求差异化急需“微而精”的如微域网络提供定制化服务。 同时，针对海量终端超高密度部署场景，并不需要所有的终端都同时接入广域网络，可以考虑将终端的数据在微域内汇聚，再通过统一的簇头节点（HP）或控制节点（AP）与广域网交互通信即可，从而大大减少广域网络的负载、维护成本，并提高频谱资源利用率。 广域微域异制式融合可将移动通信与传统短距离通信技术（如Wi-Fi、蓝牙等）融合，如蜂窝网与Wi-Fi的核心网融合，通过融合核心网实现对多接入协同 网络的控制管理[3]。然而现有短距离通信技术及标准私有协议多，且大多工作于非授权频谱或专用频谱，多种技术共存难免会导致干扰及各技术体制间的兼容性问题，无法保证极致通信性能需求[4]。因此需要广域微域同制式融合组网，形成集中式加分布式的两层网络架构形式，实现广域微域网络干扰协同与统一调度，做到干扰可控，从而提高传输可靠性，降低传输时间，解决从广域到局域及微域的全场景、全区域覆盖问题。 1.3技术特点 面向6G的广域微域同制式融合方案是指广域微域使用统一的技术协议，通过广域微域协议栈融合，实现终端极简接入合适的广域或微域网。网络功能及协议栈可柔性分割智能重构，满足不同应用场景的特定化、差异化需求。通过对系统资源以及无线资源的统一调度，实现全局优化。此外，通过同一套技术制式也可实现广域和微域协同传输与管理。与现有技术相比，因微域网络可以在实体或更小覆盖范围内部署，其技术特征将更强调极致性能体验以适配未来多样化场景需求，具体包括： 精准覆盖：实现网络覆盖向更小更微渗入，例如一辆车、一个人即可形成一个或几个微域。 网络本身可移动：除传统只考虑终端移动性，微域整个网络都可以移动。 提供极致性能：依托于广域辅助提供微域本地业务极致性能传输。 自治能力：在无广域网络覆盖时依然能支持微域本地业务处理与传输。 广域微域通信协议一体化：使用统一技术体制同时满足广域、微域通信需求，填补传统移动通信无短距离通信空白。 域间可协作：广域网与微域网、微域网与微域网之间可进行网间信息传输与干扰协同。 1.4技术优势 广域微域融合为支持短距的极致性能体验提供了可能，其技术优势可体现在以下几个方面： “广而全”+“微而精”：形成定制化网中小网，满足特定化场景需求，甚 至在某些场景（例如工业自动化中）达到无线替代有线效果[5]。 移动站点：引入微域移动站点，突破传统网络站址固定部署限制，实现宏站控制微站快速灵活部署，减少光纤铺设，降本提效。 业务不出域处理：微域内业务本地传输与处理，避免基站中转，减轻网络承载压力，降低端到端时延。 广域微域统一调度：实现微域干扰可控，从而提高传输可靠性，降低传输时间，解决从广域到局域及微域的全场景、全区域覆盖问题。 2.广域微域融合组网架构 2.1架构功能需求 广域微域同制式融合组网方式可以考虑两种：一种是微域内各节点平等，即微域终端可点对点进行直连通信，在广域网覆盖下，每个节点都可分别连接到广域网进行信息交互，如图2.1左侧图所示。这种组网方式可以充分利用3GPP5GNR中关于Sidelink技术的研究和定义，各节点间直连通信不强依赖于基站的调度与控制，属于典型的自组织网络，对于具有极致性能传输需求的某些微域业务的支持能力可能受限[6]。另一种是针对每个微域新引入一个簇头节点（如HP），微域终端可通过HP与广域网或其它微域终端进行数据交互，如图2.1右侧图所示。在这种组网方式中，通过引入广域基站的协调与辅助管理，即广域网统一管理与控制微域HP，实现微域间/微域内的资源协调与干扰管理，有效降低传统自组织网络存在的资源碰撞以及应对微域网络的移动性带来的动态干扰等问题和挑战。本白皮书重点关注第二种方案。 图2.1微域内各节点平等（左），微域内具有统一控制节点（右） 广域微域融合涉及的业务类型可分为两种：一种是微域内本地业务，即产生、传输及处理均限于微域本地的业务。另一种是非本地业务，即在微域内产生但在微域外处理的业务，或在微域外产生但针对微域内某个节点的业务。这类业务通常具有毫秒量级的中等时延需求或者是时延不敏感业务，且最终可以通过广域网进行处理。 广域微域融合首先要支持微域本地业务传输，包括微域终端和微域HP之间的数据传输，以及可选的微域终端之间（如在微域HP控制协调下）的数据传输。与传统广域网传输相比，微域本地业务数据由于传输路径损耗小，更便于实现超低延迟、超高可靠等极致性能要求。在广域微域融合组网架构中，需包括微域 HP（代表整个微域网络）与广域接入网（AN）及广域核心网（CN）之间信令连接。 微域HP与广域核心网间信令连接需要支持以下功能： 微域网络在广域核心网进行注册。注册请求消息包括微域终端信息、微域网络类型及其他相关参数等。核心网对微域网络进行鉴权、信息登记等操作。 策略及配置参数下发与更新。广域核心网根据微域类型及其它相关信息，配置并下发与微域业务相关的策略及参数配置，以更好的支持微域本地业务传输。该策略与参数配置优先级高于微域网络内相应预配置信息。 微域HP与广域接入网间信令连接需要支持以下功能： 广域接入网对多个微域网络进行资源协调及干扰管理。例如微域HP进行微域间干扰测量，并将相关信息报告给广域接入网，广域接入网根据测量上报信息进行集中式的资源调度或资源池分配；或者广域接入网进行相关参数配置，微域网络根据配置信息进行分布式资源选择或重选。 广域接入网管理与分配微域网资源。例如微域HP向广域接入网发送微域网络资源请求信息，广域接入网在所选资源池内分配资源给微域网络。且距离较近的微域网络可分配正交资源以避开干扰，而距离较远的微域网络可以重用资源以提高频谱效率。 图2.2微域内本地业务传输及广域微域融合控制信息传输示意图 广域微域融合除了支持微域本地业务传输之外，还需要支持微域终端与广域网络之间的非本地业务传输，充分利用广域网云端计算资源，平衡微域和广域网络负载，更加有效和灵活的处理微域终端的各类业务。此外，微域非本地业务也包括微域间的业务传输，如一个微域的终端与另一个微域的终端的信息传输，或两个微域HP间的信息传输等。针对微域非本地业务，可以基于中继模式通过微域HP转发给广域网络，其中控制信息传输示意如图2.3所示。 图2.3微域非本地业务传输及广域微域融合控制信息传输示意图 2.2组网架构方案 面向6G的广域微域融合组网架构，以广域网络为依托，以微域网络为拓展形成广域微域同制式融合组合架构。此组网特点是需满足本地业务不出域处理、微域HP支持无线回传、支持微域内资源管理以及微域内自组织形式。如图2.4所示。其中，广域网主要在低中频段以蜂窝网形式部署，实现对微域网集中管理。微域网一般可部署在高频段。 图2.4广域微域同制式融合组网架构 在此组网架构中，针对每个微域引入簇节点HP，用于协调和管理微域内终端节点的接入、连接、资源分配以及传输质量管理等。定义HP网元具有双重角色功能，一方面，HP作为（特殊）终端可以接入广域网络，并代表该微域内所有终端节点（或具有非本地业务传输需求的微域终端）与广域网进行信令或数据交互，HP与广域网基站间的连接可基于Uu口进行；另一方面，HP作为微域统一控制节点，管理和控制微域内终端的数据传输，HP与终端之间的接口规范， 需要适配微域传输的特点进行设计，例如可以基于Uu口针对微域特点进行简化设计，或者基于Sidelink规范针对微域特点进行增强设计，或者全新定义该接口规范，以支持微域业务传输与处理，满足微域定制化或差异化需求。此外，还要定义微域HP之间接口，以支持微域间的信息交互，通过域间协同进行资源管理与选择，且在没有大网覆盖时，通过HP节点间协作减小甚至避免微域移动性导致的资源碰撞干扰。 广域微域融合组网架构在支持微域终端与广域网络之间的非本地业务传输时需要通过微域HP进行中继转发。该中继转发可以基于层3的中继协议架构，例如基于微域终端业务信息，微域HP与广域网之间建立IP类型的PDU会话，用来传输微域终端的IP业务或以太网业务（或其它类型业务）[7]。此时微域终端对广域接入网不可见，微域终端和广域核心网间无需建立信令连接，这样可以有效降低微域终端和广域网络的复杂度。此外，微域终端与广域网络之间经微域HP的中继转发也可以基于层2的中继协议架构，例如基于层2RLC子层的中继转发。在该协议架构下，微域终端与广域接入网以及广域核心网间均建立信令和数据连接，广域网络可以对微域终端的数据传输进行更有效和精准的控制，其代价是微域终端和广域网络的复杂度均有一定程度的提升。 3.广域微域融合关键技术 3.1技术挑战 相较于传统的蜂窝网，广域微域融合为支持短距的极致性能体验提供了可能，但该技术研究还处于初期阶段，在技术推动过程中面临以下挑战： 极致性能需求。未来工业控制等微域场景对传输时延和可靠性提出了相较于5G系统更加严苛的性能需求[1]。需要更加先进和鲁棒的干扰管理机制来保证极致的服务体验。 网络覆盖：如何实现网络末梢支持微域网络接入，使网络覆盖向更小更微范围扩展。 多域协同：如何通过广域微域或微域间协同做到干扰可控，提高可靠性。 微域本地业务处理：如何支持微域本地业务不出域处理；在广域网覆盖漏洞区域，如何实现微域自治，提高极致性能支持能力。 微域移动性：传统的蜂窝网中