从IAB到IRS--助力5G(NR)无线网节点演进

随着移动通信向更高频率发展，5G(NR)中毫米波(mmWave)和6G太赫兹(THz)频段也将加入其中；与此同时，网络覆盖问题将变得更加严峻。为解决无线网的覆盖，3GPP提出了通过网络节点：IAB(集成接入回传)、NCR(射频(RF)中继器)和IRS(智能反射面)解决方案，通过它们不仅可增强覆盖范围，还能提高终端用户吞吐量；而各自特点分别如下：

一、IAB方案 在NR Release16中3GPP为5G引入IAB节点其本质上是一个解码转发中继器，功能可达层二(Layer2)，它是将无线回传和接入链路集成在一起，在相似频率范围内工作。                                                            IAB架构基于5G基站(gNB)集中式单元/分布式单元(CU/DU)划分，如(下)图1所示，一个IAB节点包含一个MT(移动终端)单元和一个DU单元。其中:MT单元作为普通用户设备(UE)连接到父节点的DU；DU具有最高层二(Layer2)功能并充当UE的解码转发单元。IAB节点拥有自己的物理层小区ID且对UE不透明。在Release17版本对其功能进一步增强，以支持IAB中的同步发送和接收。

图1:IAB节点架构(TR 38.874)

二、NCR方案是Release18版本引入的一个网络节点，它是传统放大转发射频中继器的更智能版本。除作为一个转发中继器外，还具有额外功能，那就是可向UE进行波束赋形，管理下行和上行传输并根据从gNB接收到的侧控信息自行开启和关闭。在NCR中包含以下部分：

• 1)NCR-MT单元(类似于IAB-MT单元),它以普通设备的身份连接到其父 gNB并向网络标识自己为NCR，还解码控制信息以进行转发；

• 2)NCR-Fwd单元，这是NCR放大转发单元；它仅包含一个射频层不会解码任何发送/接收用户的数据。因NCR是一种比传统射频中继器功能更强大，但不如IAB功能强大的设备。

图2:网络控制中继器系统(3GPP TR38.867)

与IAB相比，NCR仅解码适用于自身的控制信息，不会解码任何发送至UE的控制/数据/信号。因此，它的成本低于IAB；此外由于没有自己的物理层小区ID，因此对UE来说是透明的。Release 18中NCR仅被设想为支持固定单跳设备；在Release 19中可能会对NCR进行进一步的增强。

三、智能反射面(IRS-The intelligent reflective surfaces)是作为一种反射的网络节点。与中继器相比，它不会放大信号而只会转发信号；更具体地说它是一种智能反射设备，可以通过将信号反射到所需方向来帮助控制信道；通过对接收信号施加适当的相移来实现这一点。从3GPP标准化的角度来看由于IAB和NCR已经具有有源天线元件，且IRS被设想为一种非常低成本且节能的设备，因此它更有可能只采用无源元件。与NCR和IAB相比，IRS可能没有MT单元而只是一个简单控制器单元，可通过有线或无线回程连接；它没有用于接收和发射的两个天线面板，而是只有一个用于反射的面板。

图3:NCR和IRS间的区别

IRS目前只是在讨论阶段，尚未成为3GPP研究项目，预计在Rel-19版本发布之前会有更多讨论；其研究的一些重要提案包括：

• 用例/部署场景:研究IRS适用的用例和场景。IRS的一个主要用例设想是在阻塞场景下提供强大的非视距(NLOS)路径来提高网络吞吐量。

• 信令协议:定义父节点和 IRS 控制器之间的信令，以指示波束权重等控制信息。

• 信道建模:IRS被设想为信道模型中的可重构集群。现有的38.901信道模型需要研究。这还包括实际部署场景中IRS的规模以及近场/远场无线电传播特性的研究。

• 对现有流程影响:IRS对现有流程(例如初始连接、波束管理、无线电链路/波束故障恢复、干扰抑制)的影响也需要研究。

  
  

    随着所有这些网络节点在3GPP中逐渐标准化，未来的无线网络预计将采用gNB和IAB的混合组合，构成宏蜂窝和小蜂窝以及NCR和IRS以增强对UE的覆盖范围和连接性，从而形成一个无处不在的智能互联网络。这样的智能网络对于实现未来的融合传感与通信、超高精度定位以及增强现实和虚拟现实应用至关重要。