D3-ELAA:以用户为中心构建服务新范式,拓展网络新价值

发布时间:2024-12-16 作者:中兴通讯 白炜,顾军

        随着5G-A的商用和移动AI时代的到来,新的服务和应用场景不断涌现,对用户体验和差异化保障提出了更高要求。中兴通讯创新性地推出了D3-ELAA技术,将6G的无边界小区等核心理念在5G网络中率先落地应用,积极推动移动通信网络从基于网络服务策略向以用户体验为核心的转变,赋能更多的应用场景,推动未来网络的持续演进。

 

5G-A亟需从“小区为中心”向“用户为中心”转变

 

        传统的移动通信网络以小区为核心提供“best effort”的服务能力,即用户在小区中心能够享受到最佳的网络性能,但小区边缘的用户由于受到路径损耗和邻近小区的干扰等因素影响,体验显著下降。用户在移动过程中体验波动明显,同时移动过程中的切换更可能导致业务中断和延迟,影响服务的连续性。

        随着5G商用网络规模扩大,以及新业务、新场景和新价值发展需求的不断涌现,“以小区为中心”的通信服务模式难以满足这些要求:

  • 新业务发展:随着5G业务的高速发展,以裸眼3D、云电脑、XR元宇宙、超高清直播为代表的新业务等逐步进入我们的生活。这些新型业务要求网络能提供更高、更稳定的上下行速率和低时延,以确保用户能够获得流畅、稳定的服务体验。
  • 新场景拓展:新时代赋予5G-A网络更高的使命要求,不但要和千行百业深度融合,支撑工业制造、采矿、电力、钢铁、医疗、教育多个行业应用的高可靠、低时延的要求,还需要拓展到车联网、低空通信等新场景,满足自动驾驶、远程控制等业务的确定性网络要求。
  • 新价值扩展:5G-A不仅是5G网络演进中的关键阶段,还肩负着实现5G网络商业成功的核心任务,通过5G内生智能的精确识别和用户体验的精准保障,帮助运营商提供丰富的服务保障套餐,提升用户的ARPU值,如直播套餐、游戏套餐,以及高铁上的速率保障叠加包等形式。将用户的体验需求纳入资费套餐保障中,可进一步推动用户的ARPU值提升,加快加大5G网络潜力的释放,赋予网络持续的生命力。

        新业务、新场景和新价值的发展,亟需5G-A网络从传统的“小区为中心”向“用户为中心”转变,构建性能卓越、适应性强的网络,能够在任何时间、任何地点为用户提供一致且优异的服务体验。

 

以用户为中心的服务架构,推动Massive MIMO技术平滑演进

 

        提升网络性能一直是移动通信领域的核心追求。回顾4G时代,MIMO(多输入多输出)技术的引入显著提升了网络容量和性能。中兴通讯在Pre5G阶段推出的Massive MIMO(超大规模天线)技术,可以在同一时频资源下为更多用户提供服务,显著提升波束赋形增益、空间复用增益和空间分集增益,使得频谱效率得到极大提升,为5G的高性能奠定了基础。

        作为5G发展的“下半场”,5G-A需要继续推动Massive MIMO技术向更高的系统性能方向迈进。从Massive MIMO的原理上来看,继续增加基站和用户侧的发射与接收天线数量,是提升频谱效率和发挥Massive MIMO优势的主要方向。但是针对已经商用部署的5G商用网络,运营商更需要的是基于已有的商用网络和设备来提升Massive MIMO的能力和性能。

        因此,中兴通讯将“用户为中心”和Massive MIMO的技术演进紧密结合,形成D3-ELAA(Dynamic, Distributed and Deterministic-Extremely Large Antenna Array)解决方案。D3-ELAA解决方案依据用户所在的位置,动态形成网络覆盖,使用户始终位于网络覆盖的中心,全方位提升用户体验(见图1)。

 

D3-ELAA关键技术和能力

 

        相比传统的“以小区为中心”的网络,D3-ELAA解决方案通过分布式(Distributed)基站的动态(Dynamic)组网,形成超大规模天线阵列(ELAA),以保障用户的确定性体验(Deterministic Experience),突破传统蜂窝架构的限制,推动网络向用户超稳态体验的方向发展(见图2)。

 

基站内生智能:动态形成小区簇,实现用户中心化

        传统移动通信网络中,资源分配策略通常是基于业务类型进行的。如果要转变为以用户为中心的服务模式,系统的资源处理复杂度将大幅提升。

        基于5G基站的内生智能,中兴通讯将AI与用户中心化理念结合,动态优化资源分配。例如,通过机器学习,网络能够基于历史数据与趋势,深入分析用户的服务需求,进而预测用户的移动轨迹。基于用户的需求和移动轨迹,网络可以为每个用户生成专属的合作小区簇,确保用户始终处于服务簇的中心位置。同时,基于用户移动轨迹的预测,网络能够动态调整服务簇的结构,确保用户在移动过程中始终享有稳定的服务体验。

 

分布式Massive MIMO:增强网络服务能力

        在用户的服务簇内的多个基站可以通过协同合作,进一步提升用户体验。尽管业界已有多种协作方式(如协作调度、联合发送等),但这些方式主要是减少和消除基站间的干扰。D3-ELAA方案将基站间的时间校准精度从微秒级提升到皮秒级,并通过用户级联合赋形算法,使得用户簇内的多个基站实现联合赋形能力。分布式部署的多个基站可联合形成更大规模的天线阵列,在功率、通道数、赋形自由度上都带来明显的增益,用户体验提升效果显著。

 

确定性体验能力提升

        通过用户簇的形成以及簇内协作,可以大幅度提升用户的服务体验。特别是在小区边缘,原有的边缘干扰、频繁切换导致的业务中断现象得到了有效缓解,用户体验得以显著提升,网络的确定性保障能力也得到了增强。

 

ELAA超越单设备能力

        D3-ELAA方案基于现有的5G商用设备,能够形成更大规模的天线阵列。在小区边缘,用户通常能够接收到2个以上邻区的信号,并且信号强度相对稳定。在这种情况下,D3-ELAA通过联合赋形技术,使得地理上分散的多个基站可以组成超大规模天线阵列。例如,在重叠覆盖区域,原有的3个64T64R小区可以联合形成1个192TR的服务体验。这种超大规模的天线阵列超越了单个设备的能力瓶颈,实现了性能与成本的最佳结合。

 

D3-ELAA方案,引领零波动移动体验新征程

 

        D3-ELAA将6G的无边界小区概念引入到5G商用网络中,“以用户为中心”深化基站间的联合协作能力,为用户提供稳定的覆盖和业务体验。从该方案推出后广受业界关注,并在海内外完成了商用验证,效果显著。

        D3-ELAA方案实现强兼容能力,助力5G商用网络部署“即开即用”。D3-ELAA方案将6G的用户中心化理念引入5G网络的商用化中,在方案设计初期即充分考虑了与现有5G商用系统和设备的兼容性。通过无线设备的智能计算和协同能力的提升,D3-ELAA方案能够灵活适应现有的5G商用网络,并完全兼容商用终端,无需终端升级或更换,用户可直接享受到系统升级后带来的显著体验提升。

        D3-ELAA显著提升小区边缘用户体验,助力运营商“升格行动”实施。在武汉,中兴通讯联合中国移动湖北公司积极响应工信部“升格行动”要求,在武汉工程大学进行了D3-ELAA的全国首次商用验证。武汉工程大学已经完成全方位的5G覆盖建设,在少部分5G交叠覆盖区域仍存在网络相互干扰的问题,致使用户体验欠佳。引入D3-ELAA技术后,学生食堂、研究中心和宿舍楼等区域的网络速率提升至原来的6倍,用户体验达到“处处满格”的效果。

        D3-ELAA保障用户稳态体验,支撑5G新套餐。在泰国,中兴通讯联合泰国AIS在SUT(Suranaree University of Technology)大学进行了D3-ELAA商用验证,结果显示:用户在移动过程中整体平均体验改善了约2.3倍,特别是在小区边缘的体验提高了7倍以上,确保用户在移动过程中享有无延迟的云游戏,以及无卡顿的高清视频等高带宽业务体验。泰国AIS已推出了一系列新的服务套餐,其中包括速率提升的高性能套餐、专为游戏玩家设计的游戏套餐以及针对直播爱好者的直播套餐等,旨在根据不同用户的特定需求提供更加个性化的服务体验,D3-ELAA方案将助力泰国AIS个性化套餐的推出,提升其用户体验。

 

        过去5年,5G创造了显著的商业价值和社会效益。随着5G-A的商用和移动AI时代的到来,新的服务和应用场景不断涌现,对用户体验和差异化保障提出了更高要求。D3-ELAA以服务理念的革新为出发点,通过加强空域协同能力,确保用户在移动过程中享受到稳定、连续的网络连接。

        展望未来,中兴通讯将继续在频域、时域等维度进一步引入并强化“用户中心化”理念,赋予无线资源更高的协同能力,持续推动通信行业向着更高质量的体验保障和升级迈进,助力未来通信技术的不断演进。