謝峰/XIE Feng，王菲/WANG Fei，劉漢超/LIU Hanchao

（1.中興通訊股份有限公司，中國(guó) 深圳 518057；2.移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)多媒體技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó) 深圳 518055）

從1G到5G，無(wú)線通信的頻段從Sub-1 GHz逐漸發(fā)展到6 GHz以上。工作頻段和帶寬范圍越來(lái)越寬，不同頻段的載波物理傳播特性差異和帶寬差異也越來(lái)越大。相應(yīng)地，多頻段融合組網(wǎng)逐漸成為無(wú)線通信的常態(tài)。在5G中，載波聚合（CA）、補(bǔ)充上行（SUL）和雙連接（DC）構(gòu)成多頻段融合組網(wǎng)的主要特性[1-2]。這些多頻段融合組網(wǎng)技術(shù)陸續(xù)被引入第3代合作伙伴計(jì)劃（3GPP）標(biāo)準(zhǔn)中，基本遵循用例（技術(shù)痛點(diǎn)）驅(qū)動(dòng)的原則。載波聚合可提升用戶峰值速率，補(bǔ)充上行能夠改善用戶設(shè)備（UE）上行覆蓋。雙連接中的4G/5G雙連接有助于實(shí)現(xiàn)4G/5G協(xié)同組網(wǎng)（特別是在5G初期，將4G作為基礎(chǔ)覆蓋層、5G作為容量層的協(xié)同組網(wǎng)），新空口（NR）雙連接有助于實(shí)現(xiàn)5G中的高低頻融合組網(wǎng)（將低頻作為基礎(chǔ)覆蓋層、高頻作為容量層的協(xié)同組網(wǎng)），例如毫米波超密集組網(wǎng)的架構(gòu)場(chǎng)景[3]。學(xué)術(shù)界對(duì)B5G多頻段融合媒體接入控制（MAC）協(xié)議的設(shè)計(jì)也同樣遵循用例驅(qū)動(dòng)的原則[4]。

用例驅(qū)動(dòng)的原則使得每一項(xiàng)新增特性都有對(duì)應(yīng)的收益，但是會(huì)不可避免地存在打補(bǔ)丁和協(xié)議復(fù)雜度累積問(wèn)題。每一項(xiàng)新增的特性都沒(méi)有充分考慮面向未來(lái)潛在用例的前向兼容和可擴(kuò)展性。5G系統(tǒng)在原生設(shè)計(jì)階段也缺乏自上而下的整體設(shè)計(jì)。這些會(huì)帶來(lái)功能重疊、額外復(fù)雜性和非全局優(yōu)化等問(wèn)題。

隨著5G-Advanced和6G更多頻段和更大帶寬的引入，以及更靈活的組網(wǎng)和業(yè)務(wù)需求的提出，這種用例驅(qū)動(dòng)的弊端就越來(lái)越凸顯。為滿足業(yè)務(wù)場(chǎng)景下以機(jī)器視覺(jué)為代表的大上行需求，載波聚合技術(shù)需要做進(jìn)一步增強(qiáng)。同時(shí)網(wǎng)絡(luò)節(jié)能也需要載波間的協(xié)同。例如，系統(tǒng)消息的協(xié)同增強(qiáng)、終端移動(dòng)性和非地面衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)部署的增強(qiáng)，均需要綜合考慮載波聚合、雙連接等場(chǎng)景下的增強(qiáng)[5-6]。由于缺乏原生整體設(shè)計(jì)，這些增強(qiáng)將為網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)越來(lái)越多打補(bǔ)丁式的復(fù)雜性。

此外，中低頻段碎片化頻譜的情況也會(huì)給傳統(tǒng)的多載波基礎(chǔ)框架帶來(lái)挑戰(zhàn)。從全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（GSM）的200 kHz到寬帶碼分多址（WCDMA）的5 MHz，再到長(zhǎng)期演進(jìn)（LTE）的20 MHz，2G/3G/4G空口技術(shù)本身支持的單載波最大帶寬均較小，因此在2G/3G/4G的頻譜分配中，分給各個(gè)運(yùn)營(yíng)商的連續(xù)帶寬明顯小于5G NR所支持的單載波最大帶寬（低頻40 MHz，中頻100 MHz）。當(dāng)這些2G/3G/4G頻譜在未來(lái)被重耕用于5G NR時(shí)，較小的連續(xù)頻譜帶寬資源極大地限制了NR的頻譜效率和利用率。具體來(lái)說(shuō)，每一個(gè)NR的載波都需要發(fā)送包括同步信號(hào)塊（SSB）、系統(tǒng)消息和尋呼消息在內(nèi)的公共消息，也需要配置公共和專用的控制信道。這樣，碎片化的頻譜導(dǎo)致了過(guò)高占比的公共消息開(kāi)銷(xiāo)和控制信道開(kāi)銷(xiāo)，也阻礙了網(wǎng)絡(luò)的能量效率的提升。不僅如此，碎片化的頻譜還會(huì)導(dǎo)致設(shè)備（無(wú)論是基站還是終端）的算力不能被高效利用，會(huì)使算力效率降低、設(shè)備能耗增加。

因此，面向未來(lái)6G越來(lái)越豐富的新業(yè)務(wù)需求場(chǎng)景和組網(wǎng)場(chǎng)景，以及由此帶來(lái)的大規(guī)模差異化定制要求[7-15]，多載波融合組網(wǎng)需要從整體設(shè)計(jì)出發(fā)，升級(jí)為多載波原生和智能融合的組網(wǎng)，即在6G系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初就將多載波融合和人工智能（AI）的結(jié)合作為基本設(shè)計(jì)要素。這樣就可以支持高中低任意頻段資源的智能編排組合，從而按需滿足不同的組網(wǎng)要求，實(shí)現(xiàn)極高的業(yè)務(wù)適應(yīng)能力[16]。此外，針對(duì)B5G演進(jìn)的需求，6G中一些適合B5G業(yè)務(wù)場(chǎng)景和組網(wǎng)需求的方案也可以應(yīng)用到5G演進(jìn)技術(shù)中，從而提前獲得6G收益。

1 面向6G的多頻段原生組網(wǎng)設(shè)計(jì)

6G需要支持多頻段多載波原生組網(wǎng)設(shè)計(jì)。作為銜接載波、物理信道和L2/L3服務(wù)的關(guān)鍵，小區(qū)必須在6G中重新被定義和建模。

1.1 從“煙囪式”小區(qū)模型到池化的Meta-cell元小區(qū)模型

傳統(tǒng)的小區(qū)模型以“煙囪式”的方式將載波、物理信道、傳輸信道和L2/L3服務(wù)綁定起來(lái)形成多個(gè)物理小區(qū)。這種方式是一種針對(duì)單頻段單載波原生的設(shè)計(jì)，沒(méi)有在一開(kāi)始就考慮多頻段多載波融合組網(wǎng)場(chǎng)景的需求，因而對(duì)多頻段的支持效率不高，其靈活性和按需定制能力也不足。這種“煙囪式”緊耦合的方式不僅極大地限制了移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)未來(lái)業(yè)務(wù)場(chǎng)景和需求的適配能力，還限制了接入網(wǎng)對(duì)無(wú)線資源的使用效率、接入網(wǎng)的可擴(kuò)展性和易演進(jìn)性，以及與AI、大數(shù)據(jù)等智能化技術(shù)的內(nèi)生式的融合。面向未來(lái)的新需求、新技術(shù)、新業(yè)務(wù)和新場(chǎng)景，下一代小區(qū)需要滿足靈活編排、按需定制、彈性伸縮等要求。

面向運(yùn)營(yíng)、數(shù)據(jù)、信息、通信技術(shù)（ODICT）深度融合的未來(lái)，為了更好地滿足不同需求，適配不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景和不同服務(wù)類(lèi)型，兼容新技術(shù)，下一代接入網(wǎng)的小區(qū)模型可采用解耦原則[17]、池化和虛擬化的設(shè)計(jì)思想，以形成資源可編排、資源與服務(wù)關(guān)系可編排、上下行鏈路關(guān)系可編排的技術(shù)特征，進(jìn)而形成Meta-cell元小區(qū)的技術(shù)體系。需要說(shuō)明的是，Meta-cell暗含“小區(qū)之源”“小區(qū)的本質(zhì)”“小區(qū)的抽象”之意，我們也可以將它理解為未來(lái)小區(qū)形態(tài)。

圖1為Meta-cell元小區(qū)的模型架構(gòu)和傳統(tǒng)小區(qū)模型的對(duì)比。Meta-cell元小區(qū)將空口資源和服務(wù)分為不同的層級(jí)，自下而上分別為載波層、物理信道層、傳輸信道層、服務(wù)層。其中，每一層級(jí)的資源都通過(guò)池化形成載波池、物理信道池、傳輸信道池、L2服務(wù)池、L3服務(wù)池。不同層級(jí)的資源與資源之間、資源與服務(wù)之間能夠進(jìn)行靈活映射。系統(tǒng)可通過(guò)智能配置和編排這些資源、服務(wù)以及映射關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的按需定制。Meta-cell元小區(qū)的模型架構(gòu)能夠根據(jù)業(yè)務(wù)場(chǎng)景和組網(wǎng)需求智能編排與配置資源和服務(wù)，能夠定制高效的網(wǎng)絡(luò)形態(tài)和組網(wǎng)模式，在滿足各種業(yè)務(wù)場(chǎng)景需求的同時(shí)兼顧效率和能耗，甚至催生出新的業(yè)務(wù)模式。

圖1 “煙囪式”小區(qū)模型和池化的Meta-cell元小區(qū)模型的對(duì)比

1.2 Meta-cell元小區(qū)對(duì)多頻段原生組網(wǎng)的支持

Meta-cell對(duì)相同或不同頻域范圍（例如低頻/中頻/高頻）內(nèi)的相同或不同頻帶的頻譜資源或載波資源進(jìn)行按需組合使用。例如，載波級(jí)聯(lián)或虛擬帶寬部分（BWP）形成較大帶寬的頻譜資源可用于滿足大吞吐量的需求，根據(jù)不同電磁波特征選擇的載波資源可用于滿足大容量或廣覆蓋需求，如圖2和圖3所示。這種全頻譜組合的編排方式不僅可以實(shí)現(xiàn)不同頻譜資源的高效利用，也可以通過(guò)頻譜資源的靈活編排適配不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景。為此，Meta-cell需要支持基帶與射頻的解耦和射頻載波的池化：將多個(gè)零散的射頻載波池化為一個(gè)連續(xù)的基帶載波?；谶B續(xù)的基帶載波進(jìn)行基帶處理可以達(dá)到如下效果：降低網(wǎng)管的復(fù)雜度，減少網(wǎng)管、網(wǎng)規(guī)、網(wǎng)優(yōu)工作量，提升零散頻譜（例如重耕的頻分雙工頻譜或時(shí)分雙工頻譜）利用效率，擴(kuò)大物理下行共享信道（PDSCH）、物理上行共享信道（PUSCH）等的傳輸帶寬，提高流量，減少配置、調(diào)度、反饋方面的開(kāi)銷(xiāo)。

圖2 針對(duì)碎片化載波的載波級(jí)聯(lián)示意圖

圖3 針對(duì)碎片化載波的虛擬BWP

載波級(jí)聯(lián)的優(yōu)勢(shì)來(lái)自射頻載波池化和虛擬化。類(lèi)似地，虛擬BWP通過(guò)將BWP池化和虛擬化，也可以在一定程度上提升管控效率，降低管控開(kāi)銷(xiāo)和系統(tǒng)復(fù)雜度。

為實(shí)現(xiàn)全頻段融合組網(wǎng)，Meta-cell還支持上下行鏈路的解耦和上下行載波鏈路的獨(dú)立池化，以實(shí)現(xiàn)上下行載波的按需編排和組合，從而優(yōu)化覆蓋，提升系統(tǒng)性能。例如，在面向企業(yè)（ToB）大上行的場(chǎng)景中，Meta-cell支持多個(gè)上行載波的聚合或者上行載波數(shù)大于下行載波數(shù)的聚合，如圖4所示。

圖4 針對(duì)大上行需求的上下行鏈路的解耦和各自的池化示意圖

Meta-cell還支持傳輸信道到物理信道的解耦和傳輸信道的池化。在現(xiàn)有小區(qū)中，擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)（XR）的大量數(shù)據(jù)包被封裝成一個(gè)包含多個(gè)編碼塊（CB）的傳輸塊（TB）。此時(shí)任何一個(gè)CB出錯(cuò)都會(huì)造成整個(gè)TB無(wú)法遞交，進(jìn)而導(dǎo)致時(shí)延過(guò)大。對(duì)此，可將原來(lái)一個(gè)數(shù)據(jù)流、傳輸信道、TB拆分成多個(gè)數(shù)據(jù)子流、傳輸信道、TB，這樣在接收端任何一個(gè)TB出錯(cuò)都不會(huì)有礙于其他TB的遞交，從而可大幅提升XR這類(lèi)的大帶寬低時(shí)延業(yè)務(wù)的性能，如圖5所示。

圖5 針對(duì)大帶寬低時(shí)延業(yè)務(wù)的TB池化示意圖

Meta-cell還支持系統(tǒng)信息（SI）的池化，即可以將包括多個(gè)載波鏈路在內(nèi)的物理資源池的系統(tǒng)消息SI匯聚在一個(gè)載波上發(fā)送。這有利于那些不發(fā)送SI的載波進(jìn)行更長(zhǎng)時(shí)間的休眠，在降低基站能耗的同時(shí)降低SI發(fā)布的工作量和開(kāi)銷(xiāo)（配置、調(diào)度），簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維。

終端通過(guò)Meta-cell接收物理資源池信息后，可以獲得多個(gè)池化的物理隨機(jī)接入信道（PRACH）資源配置。不同的接入信道可以對(duì)應(yīng)不同頻譜資源和不同波束。終端可以根據(jù)覆蓋、頻點(diǎn)、空口質(zhì)量來(lái)選擇最優(yōu)的PRACH資源進(jìn)行接入。PRACH的最優(yōu)選擇可以提高接入的成功率，有助于系統(tǒng)快速構(gòu)建覆蓋/能效最優(yōu)頻段的連接。

對(duì)于移動(dòng)性場(chǎng)景，通過(guò)L1鏈路和L2/L3服務(wù)的解耦以及L1鏈路的池化，當(dāng)終端從源側(cè)向目標(biāo)側(cè)移動(dòng)時(shí)，即使L1鏈路（載波/信道）發(fā)生變化，L2傳輸服務(wù)（以及L3連接服務(wù)）可以保持連續(xù)服務(wù)，在L2的協(xié)議功能錨點(diǎn)不變的情況下，不需要重置或者重建立。如圖6所示。這樣可以最大程度地保證平滑的業(yè)務(wù)連續(xù)性，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫移動(dòng)性。

圖6 針對(duì)移動(dòng)性需求的L1鏈路和L2/L3服務(wù)的解耦

2 Stack-free非棧式用戶面對(duì)多頻段原生組網(wǎng)的支持

與Meta-cell元小區(qū)的理念和目標(biāo)類(lèi)似，為了實(shí)現(xiàn)靈活彈性、通用化、智能可定制的6G網(wǎng)絡(luò)，如圖7所示，Stackfree非棧式用戶面（或轉(zhuǎn)發(fā)面）使用組件化、靈活編排、解耦、池化、矢量化等信息技術(shù)（IT）理念以及智能化思想對(duì)當(dāng)前通信架構(gòu)用戶面進(jìn)行重構(gòu)[18]。6G非棧式的新用戶面設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能按需定制和靈活編排部署，能夠面向服務(wù)構(gòu)建現(xiàn)場(chǎng)自適應(yīng)柔性智能網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)灰度迭代升級(jí)，對(duì)各種復(fù)雜多變未知的場(chǎng)景具有極強(qiáng)的適應(yīng)能力，例如，可靈活適配面對(duì)用戶業(yè)務(wù)從巨大數(shù)據(jù)包到小微數(shù)據(jù)包的動(dòng)態(tài)傳輸跨度[19]。

圖7 從傳統(tǒng)的協(xié)議棧到非棧式Stack-free組件庫(kù)

如圖8所示，面向多頻段原生組網(wǎng)，Stack-free非棧式用戶面既支持傳統(tǒng)的載波聚合分流方式，也支持傳統(tǒng)的雙連接分流方式。前者對(duì)應(yīng)非棧式中自動(dòng)重傳請(qǐng)求（ARQ）組件之下、混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求（HARQ）組件之上，后者對(duì)應(yīng)非棧式中加密完保之下、ARQ組件之上。非棧式用戶面可以通過(guò)可編排、可配置的方式支持上下行解耦的分流。例如，在高低頻原生組網(wǎng)場(chǎng)景中，下行數(shù)據(jù)分流到高頻，上行數(shù)據(jù)分流到低頻。這樣可以充分適配上下行業(yè)務(wù)負(fù)荷和上下行覆蓋/傳輸能力，使高頻分流占比達(dá)到最大、用戶體驗(yàn)達(dá)到最優(yōu)。此外，非棧式用戶面還可以支持新傳重傳解耦的分流，例如將首傳數(shù)據(jù)分流到高頻，并使重傳數(shù)據(jù)分流到低頻。這里的首傳和重傳既可以是ARQ的也可以是HARQ的，以便整體優(yōu)化傳輸魯棒性，提高頻譜利用率。

圖8 針對(duì)高低頻融合組網(wǎng)場(chǎng)景的上下行解耦和首傳/重傳解耦

3 面向多頻段融合原生組網(wǎng)的智能化編排體系

面向越來(lái)越豐富的業(yè)務(wù)和組網(wǎng)場(chǎng)景，在Meta-cell元小區(qū)和Stack-free非棧式用戶面的基礎(chǔ)上，需要通過(guò)智能化的手段對(duì)Meta-cell元小區(qū)和Stack-free非棧式用戶面進(jìn)行編排配置（智能化編排配置也適用于控制面）。如圖9所示，當(dāng)輸入意圖、業(yè)務(wù)和用戶、環(huán)境和場(chǎng)景信息時(shí)，智能化編排體系中的廣義感知引擎將為用例生成模塊提供輸入[20]，從而支撐ToB/面向消費(fèi)者（ToC）乃至更廣義的面向一切（ToX）的用例生成。用例生成模板進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)通感算一體化的工作流編排，形成包括信息流、決策流、執(zhí)行流、反饋流的全流程閉環(huán)。接著，工作流編排進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)資源編排，為相關(guān)的工作流和工作流組件提供相應(yīng)的通信資源、算力資源和邏輯資源。工作流編排模塊和資源編排模塊產(chǎn)生的編排信息下達(dá)到Metacell元小區(qū)、非棧式用戶面以及控制面，從而促使它們完成各自的操作（包括提供感知信息給廣義感知引擎）。

圖9 智能化編排體系

對(duì)于多頻段融合組網(wǎng)來(lái)說(shuō)，智能化編排體系同智能無(wú)線資源管理和調(diào)度相結(jié)合。智能化編排體系主要用于制定不同頻段之間的組合和協(xié)同策略，而智能無(wú)線資源管理和調(diào)度主要針對(duì)特定策略下的指標(biāo)優(yōu)化。兩者的結(jié)合可以滿足以下需求：

（1）最大化系統(tǒng)效率和能效，其中系統(tǒng)效率包括系統(tǒng)容量效率和頻譜效率；

（2）提供差異化的用戶體驗(yàn)，例如最大化用戶速率，或者降低時(shí)延；

（3）適配特定環(huán)境的要求，例如衛(wèi)星、高鐵、室內(nèi)場(chǎng)景等；

（4）滿足垂直行業(yè)定制化的要求，例如對(duì)部署、切片的要求等。

4 結(jié)束語(yǔ)

從現(xiàn)有多頻段協(xié)同組網(wǎng)到6G的多頻段原生智能融合組網(wǎng)的轉(zhuǎn)變，是未來(lái)無(wú)線通信系統(tǒng)解決碎片化頻譜和應(yīng)對(duì)多樣化場(chǎng)景挑戰(zhàn)的必由之路。相比于現(xiàn)在以載波聚合、雙連接、補(bǔ)充上行為代表的多頻段協(xié)同組網(wǎng)，多頻段原生智能融合組網(wǎng)在靈活自適應(yīng)能力、頻譜和能量效率、大帶寬低時(shí)延支持能力、無(wú)縫切換能力以及簡(jiǎn)化運(yùn)維方面都有大幅提升。在未來(lái)6G時(shí)代，這將為運(yùn)營(yíng)商和垂直行業(yè)最大化頻譜價(jià)值和用戶體驗(yàn)、滿足節(jié)能低碳要求提供強(qiáng)有力的支撐。此外，多頻段原生智能融合組網(wǎng)除了需要面對(duì)頻域上碎片化頻譜挑戰(zhàn)和業(yè)務(wù)需求的多樣化挑戰(zhàn)之外，還需要面對(duì)空域組網(wǎng)（例如密集組網(wǎng)、異構(gòu)組網(wǎng)）挑戰(zhàn)和部署（靈活部署、多跳部署）挑戰(zhàn)。針對(duì)這些挑戰(zhàn)，中興通訊將進(jìn)行持續(xù)研究和完善。

致謝

本研究得到中興通訊股份有限公司技術(shù)預(yù)研專家薛妍、楊立的幫助，謹(jǐn)致謝意！