IAB原理及应用

• 介绍

随着5G通信需求的大幅增长和应用场景的日益多样化，运营商和专网市场正在部署各种类型的基站来实现网络覆盖。 但5G使用的部分频段较高，波长较短，穿透损耗较大，导致覆盖面积较小。 因此，对于一些密集的网络部署、复杂的地形场景以及偏远地区，所有基站都部署光纤显然过于昂贵或不切实际。 这就需要更加灵活、更具成本效益的技术来减少5G基站对有线传输网络的依赖。 在R16中，协议引入了IAB（Integrated Access Backhaul）来解决这个问题。

为了更好地满足多样化的覆盖场景，SageRAN持续研究各种新型组网方案，布局IAB等通信前沿技术。

• R16 中定义的 IAB 技术

IAB就是将接入和回传融合起来，节省回传光纤资源，有效降低回传网络的部署成本。 IAB最初于2011年在第10版3GPP中引入，但由于eNodeB密度低的实际问题而没有被LTE采用。 由于5G NR中频及以上频段覆盖的固有限制，IAB的标准化工作在R16阶段正式启动，并于2020年完成第一阶段标准化工作。IAB的主要特点是实现 通过无线回传和多跳中继实现灵活、密集的小基站部署，提供灵活的覆盖范围扩展，减少对有线传输网络的依赖。

(1) 技术特点

IAB中的节点分为两种类型：IAB-donor和IAB-node。 IAB-donor是网络侧IAB的终结节点，采用有线光纤进行回传，而IAB-node是具有无线回传功能的基站节点，部署在希望扩大网络覆盖范围的区域，不需进行回传。 需要光纤进行回程。

图1：IAB组网图

IAB-node由两个模块组成，一个叫IAB-DU，相当于gNB DU功能，可以服务普通UE和IAB子节点，另一个叫IAB-MT，支持一些UE物理层、AS层 、NAS层功能，通过无线空口与IAB父节点连接。

图2：IAB节点关系图

R16 IAB仅支持IAB节点固定部署，不考虑IAB节点移动的场景。 而固定IAB节点可以根据与父节点的无线回程链路的信号质量，选择更合适的父节点进行接入或切换，实现网络拓扑的自适应调整。 IAB的拓扑结构仅支持扩展树和有向无环网络。

图 3：扩展树和有向无环网络

IAB 可以支持独立网络 (SA) 和非独立网络 (NSA) 连接架构。 特别是，如果在SA架构下使用NR-DC双连接来支持冗余回程路径，则可以在回程链路发生故障时提供负载均衡和快速恢复的可能性。 R16 中 IAB 功能的范围包括：

a。 多跳回程，具有针对 FR1（低于 6 GHz）和 FR2（毫米波）的灵活范围扩展；

b. 冗余连接的拓扑调整，优化回程性能和回程链路故障响应；

c。 可针对大量用户进行扩展；

d. 部署灵活便捷。

(2) 应用场景

山区和岛屿覆盖范围

虽然我国的通信基础设施已基本建成，但由于地域辽阔，部分山区、海岛地区地形地貌复杂，无法部署光纤到基站，造成5G信号盲区或信号弱区。 在该场景下，可以在较高区域设置IAB-node节点，利用IAB-node节点的无线回传功能进行中继传输，提高5G信号的覆盖范围和信号质量，解决5G的实际困难。 无法使用光纤回传的区域。

室内覆盖

随着5G网络建设的不断推进，5G网络覆盖重点将转向室内区域。 但由于5G网络工作频段较高，穿过墙壁、金属、玻璃等障碍物的穿透损耗较大。 因此，利用室外宏站来穿透解决室内覆盖并不能实现完全覆盖。 目前，建设室内分布式系统是一个好办法，但建设成本高，协调难度大，不适合解决所有室内覆盖问题。 尤其是在室内只有一个或多个小范围弱覆盖的场景下，构建分布式系统的成本效益较低。 这种情况下，可以引入IAB技术，将IAB-node节点放置在室内，天线放置在室外，以提高室内覆盖。

城市覆盖

近年来，我国城市基础设施设计和建设日趋完善，城市高楼林立，环境地形复杂，可能会因高楼遮挡而导致部分地区5G信号覆盖较弱。 这种情况下，可以利用IAB技术，在高层建筑的屋顶设置IAB节点，利用IAB节点的无线接入和回传能力，改善5G信号被高层建筑遮挡的区域的覆盖。

高铁覆盖

目前，由于5G通信工作频段高，造成穿透损耗增加，加上高铁列车速度较高，如果采用室外宏站对列车车厢进行穿透覆盖，将大大增加列车车厢的数量。 基站数量增加，运营成本增加，站址选址困难。 因此，可以利用IAB技术将IAB-node节点放置在高速列车上实现车内覆盖，同时将IAB-node节点的天线放置在车外实现IAB-donor节点之间的连接，这样可以提高 用户的沟通体验。

图4：IAB技术主要应用场景

•  总结与展望

IAB技术实现了接入和回传一体化设计，大大降低了基站对有线传输网络的依赖。 为无光纤偏远地区的5G深度覆盖和延伸覆盖提供了全新的部署解决方案。 SageRAN将继续投入IAB技术的研发，进一步引入接入和回传无线资源的频分复用、空间干扰管理以及双连接场景下的IAB增强。 这将推动5G创新技术的成熟和落地，以5G赋能各行业，促进大规模、系统化行业应用快速涌现。