符新+周巍
,,【摘要】隨著社會(huì)和通信技術(shù)的發(fā)展,人們對(duì)移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求爆發(fā)性增長,而頻率和站址的資源缺失有限的,已經(jīng)無法滿足其如此迅速的增長。在此背景下,應(yīng)用新技術(shù)來疏導(dǎo)熱點(diǎn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),分類數(shù)據(jù)流量勢(shì)在必行,異構(gòu)網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生。它將成為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的長期發(fā)展趨勢(shì),但是異構(gòu)網(wǎng)的引入又帶來復(fù)雜的同頻干擾、移動(dòng)性管理等問題。本文將對(duì)LTE 異構(gòu)網(wǎng)的組網(wǎng)方案、關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究,并提出組網(wǎng)及技術(shù)應(yīng)用建議。
【關(guān)鍵詞】異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)低功率節(jié)點(diǎn)異構(gòu)網(wǎng)的影響路由技術(shù)覆蓋范圍擴(kuò)展協(xié)作多點(diǎn)傳輸
一、引言
LTE 的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)概念,定義為各種制式、各種功率等級(jí)的基站設(shè)備組成的多系統(tǒng)、多層次的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在LTE 階段, 異構(gòu)網(wǎng)的應(yīng)用有其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)。首先,LTE 在時(shí)域和頻域兩個(gè)維度分配資源,具有更靈活的無線資源調(diào)度方式,同頻組網(wǎng)情況下更容易實(shí)現(xiàn)信號(hào)干擾協(xié)調(diào);其次,下一代移動(dòng)核心網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)備可支持多種制式的無線接入技術(shù),可實(shí)現(xiàn)對(duì)異構(gòu)網(wǎng)的統(tǒng)一控制。
異構(gòu)網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)在一個(gè)區(qū)域內(nèi)重疊覆蓋多個(gè)類型的小區(qū),實(shí)現(xiàn)不同層網(wǎng)絡(luò)間的同頻部署,在頻點(diǎn)資源緊張的情況下起到改善深度覆蓋、增加網(wǎng)絡(luò)容量、提升用戶感知的作用。
二、LTE異構(gòu)網(wǎng)的主要問題及影響
LTE異構(gòu)組網(wǎng)可以帶來網(wǎng)絡(luò)容量的提升、網(wǎng)絡(luò)部署更加靈活等一些顯而易見的好處, 但相對(duì)于單一宏站組成的同構(gòu)網(wǎng),異構(gòu)網(wǎng)會(huì)面臨一些自身特有的問題,主要包括以下幾點(diǎn)。
1、低功率節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍及分流問題。異構(gòu)網(wǎng)中低功率節(jié)點(diǎn)的主要作用是吸收熱點(diǎn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),起到分流作用。但是顧名思義,其發(fā)射功率都較低,由于服務(wù)小區(qū)的選址機(jī)制,用戶會(huì)選址覆蓋區(qū)域內(nèi)信號(hào)較強(qiáng)的小區(qū),其導(dǎo)致的結(jié)果就是低功率節(jié)點(diǎn)的覆蓋范圍太小,其吸收熱點(diǎn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的作用大打折扣。
2、切換問題對(duì)性能的影響。異構(gòu)網(wǎng)低功率節(jié)點(diǎn)的存在,使得服務(wù)小區(qū)數(shù)量和類型都越來越多,小區(qū)間的切換變得日益復(fù)雜。上文提到低功率節(jié)點(diǎn)的實(shí)際覆蓋范圍較小,其范圍內(nèi)的用戶基本都處于移動(dòng)狀態(tài),隨著場(chǎng)景內(nèi)用戶移動(dòng)速度的提升,用戶駐留時(shí)間逐漸變短,這樣的結(jié)果就是用戶頻繁的在小區(qū)間切換,切換失敗率越來越高。這對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能及用戶體驗(yàn)都有極大的影響,如圖1所示。
3、回傳
因異構(gòu)網(wǎng)的技術(shù)特點(diǎn),其站點(diǎn)數(shù)量的規(guī)模是巨大的,回傳需求因?yàn)榇笤?。由于低功率?jié)點(diǎn)的建設(shè)成本都較低,所以它的回傳也不會(huì)大動(dòng)干戈,銅纜、光纖、微波等各種各種的寬帶接入鏈路作為回傳,在此情況下,回傳鏈路在時(shí)延、帶寬等方面的差異非常大,無法得到保障,嚴(yán)重影響了異構(gòu)網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)同工作及其性能。
面臨以上問題的同時(shí),異構(gòu)網(wǎng)對(duì)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)在多個(gè)方面都有著影響。
在規(guī)劃方面:選址要分層覆蓋,發(fā)揮宏站和微站及RELAY各自的優(yōu)勢(shì),全面解決網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣度和深度、及容量問題,避免使用單一站型產(chǎn)生的設(shè)備浪費(fèi)和效果不佳問題。頻率設(shè)置要不影響或盡量小影響宏站性能,有效利用建筑物等的阻隔降低干擾,利用各種干擾控制技術(shù)規(guī)避干擾。
在優(yōu)化方面:要根據(jù)不同層網(wǎng)絡(luò)的角色定位針對(duì)優(yōu)化,宏站保證覆蓋,微站補(bǔ)充容量和覆蓋。宏微小區(qū)間的切換和重選關(guān)系復(fù)雜、且不同場(chǎng)景會(huì)有不同的設(shè)置原則,宏微小區(qū)的參數(shù)也要根據(jù)測(cè)試情況來酌情設(shè)置。
在維護(hù)方面:由于微基站一般都部署在掛墻、抱桿、天花板上,近端維護(hù)及上站基本不可行,遠(yuǎn)程維護(hù)需求大增。由于微基站部署量大,對(duì)于客戶問題的定位(客戶投訴定位)往往不希望像宏基站一樣采用現(xiàn)場(chǎng)撥測(cè)的方式,最好能通過免撥測(cè)來定位故障。
三、異構(gòu)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)
為了提高異構(gòu)組網(wǎng)場(chǎng)景下的頻譜利用率及邊界用戶性能,3GPP 從LTE-A 開始對(duì)一些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行增強(qiáng),包括異構(gòu)網(wǎng)路由技術(shù)、小區(qū)覆蓋范圍擴(kuò)展、小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)、協(xié)作多點(diǎn)傳輸及移動(dòng)性增強(qiáng)等。
3.1異構(gòu)網(wǎng)路由技術(shù)
異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中通常情況下從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)會(huì)同時(shí)存在多條不同的路徑,為了確保信息能到達(dá)目的節(jié)點(diǎn),必需利用網(wǎng)絡(luò)中的冗余路由,同時(shí)為獲取最終的正確數(shù)據(jù)包,充分利用經(jīng)過不同的路由到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的相同數(shù)據(jù)包,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)糾錯(cuò)。另外,還可通過采用各類編碼的方式實(shí)現(xiàn)路由安全性,并實(shí)現(xiàn)路由的維護(hù)和恢復(fù)機(jī)制。
下面簡單介紹幾種主要的安全路由協(xié)議:(1)Sead路由協(xié)議,該協(xié)議考慮的重點(diǎn)主要包括了路由更新驗(yàn)證、哈希鏈、距離矢量尋路。(2)DSR輕量級(jí)安全路由協(xié)議,DSR協(xié)議既能保證不會(huì)刪除路由過程中的各中間節(jié)點(diǎn),也能保證在路由過程中不會(huì)再增添新節(jié)點(diǎn)。為了能夠立刻檢測(cè)出列表中的任何變化,該協(xié)議的基本方法是設(shè)置了一個(gè)認(rèn)證器于源路由的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)列表每一跳中。(3)按需距離矢量路由安全協(xié)議。對(duì)DSDV、AODV等距離矢量路由協(xié)議來說,各中間節(jié)點(diǎn)必須廣播正確的路由參數(shù)是它們所關(guān)注的重要的安全問題。比如,如果路由參數(shù)包括了跳數(shù),那么各節(jié)點(diǎn)只能對(duì)跳數(shù)加1。具體辦法是設(shè)計(jì)一個(gè)跳數(shù)的置亂串,確保路由的更新消息中跳數(shù)不會(huì)被中間節(jié)點(diǎn)所遞減。該置亂串與認(rèn)證單向的HMAC密鑰串不一樣,無需時(shí)間上的同步。(4)安全鏈路狀態(tài)路由SLSP。SLSP協(xié)議的方式與互聯(lián)網(wǎng)的鏈路狀態(tài)路由協(xié)議類似,各節(jié)點(diǎn)為更新和獲取其相鄰區(qū)域信息,都使用相鄰節(jié)點(diǎn)查找協(xié)議,為實(shí)現(xiàn)鏈路狀態(tài)信息的傳播,都通過周期性洪泛鏈路狀態(tài)LSU來進(jìn)行分組更新。
3.2覆蓋范圍擴(kuò)展
為了讓Pico 等低功率節(jié)點(diǎn)更好地吸收話務(wù),3GPP 引入了覆蓋范圍擴(kuò)展(cell range extension,CRE)的概念,即通過在服務(wù)小區(qū)選擇門限中增加偏移量的方式,擴(kuò)展低功率節(jié)點(diǎn)的服務(wù)范圍。
在CRE 機(jī)制中,服務(wù)小區(qū)的選擇條件如下:
服務(wù)小區(qū)=arg maxi∈∧(RSRPi+Biasi)
其中RSRP 表示小區(qū)參考信號(hào)強(qiáng)度,Bias 表示服務(wù)小區(qū)選擇門限偏移量,兩者單位為dB,∧表示檢測(cè)到的小區(qū)集合,i 表示集合中某小區(qū)編號(hào)。
通過對(duì)低功率節(jié)點(diǎn)設(shè)置較高的偏移值,從而擴(kuò)展低功率節(jié)點(diǎn)的服務(wù)范圍, 目前CRE 主要用于Pico 覆蓋范圍的擴(kuò)展。同時(shí),由于終端的發(fā)射功率是一樣的,接入Pico 時(shí)上行鏈路損耗明顯小于接入宏基站的上行鏈路損耗,CRE 可同時(shí)提升用戶上行鏈路質(zhì)量。
CRE 在擴(kuò)展低功率節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍的同時(shí),會(huì)使得低功率節(jié)點(diǎn)覆蓋邊緣受到的宏基站下行干擾更為嚴(yán)重,所以也必須要有更有效的干擾抑制和協(xié)調(diào)技術(shù)。
3.3協(xié)作多點(diǎn)傳輸
協(xié)作多點(diǎn)傳輸(CoMP)技術(shù)是在多個(gè)協(xié)作節(jié)點(diǎn)(基站)之間通過共享數(shù)據(jù)、信道狀態(tài)信息(CSI)、調(diào)度信息、預(yù)編碼矩陣索引(PMI)等進(jìn)行協(xié)作處理,以提高小區(qū)邊緣用戶的性能。
使用CoMP 技術(shù)可以明顯改善用戶尤其是邊緣用戶吞吐量,如宏站與Pico 采用多點(diǎn)聯(lián)合處理對(duì)上行信號(hào)進(jìn)行聯(lián)合解碼,可以使80%覆蓋概率下的用戶吞吐量從10 Mbit/s 左右上升到20 Mbit/s 左右。
CoMP 的實(shí)現(xiàn)需要網(wǎng)元間緊密協(xié)調(diào), 如采用聯(lián)合傳輸時(shí),由多個(gè)協(xié)作節(jié)點(diǎn)同時(shí)向用戶提供PDSCH 數(shù)據(jù)傳輸,信號(hào)之間的時(shí)延必須滿足LTE 系統(tǒng)的CP 要求才能被接收機(jī)正確接收,節(jié)點(diǎn)間必須保持同步;另外為滿足HARQ 的嚴(yán)格時(shí)序要求,節(jié)點(diǎn)須具備低時(shí)延的回傳鏈路。在HetNet場(chǎng)景下,各種低功率節(jié)點(diǎn)回傳鏈路質(zhì)量參差不齊,對(duì)CoMP的實(shí)現(xiàn)是一個(gè)挑戰(zhàn)。目前CoMP 適用于使用光纖連接的RRH 節(jié)點(diǎn),對(duì)于使用其他傳輸,且需要進(jìn)行eNode B 間協(xié)調(diào)的異構(gòu)網(wǎng)場(chǎng)景,CoMP 的適用性有待進(jìn)一步研究。
3.4移動(dòng)性增強(qiáng)
由于異構(gòu)網(wǎng)的特性,它會(huì)影響通信的移動(dòng)性能,根據(jù)3GPP研究結(jié)果,異構(gòu)網(wǎng)切換失敗率較宏基同構(gòu)網(wǎng)增加近一倍(從2.4%增加到4.6%),且因?yàn)榈凸β使?jié)點(diǎn)覆蓋范圍等因素的影響,異構(gòu)網(wǎng)用戶切換更加頻繁。
為此,我們不得不考慮垂直切換的性能優(yōu)化、家庭基站移動(dòng)性管理問題,主要目標(biāo)包括:(1)保持用戶在不同小區(qū)間移動(dòng)時(shí)業(yè)務(wù)覆蓋的連續(xù)性,支持宏站與低功率節(jié)點(diǎn)間的切換,支持低功率節(jié)點(diǎn)之間的切換。(2)保證切換時(shí)延、切換成功率等指標(biāo),盡量減少不必要的切換。(3)具有較好的小區(qū)選擇策略,用戶在信號(hào)重疊區(qū)應(yīng)能選擇最好的小區(qū)接入, 該小區(qū)除了信號(hào)滿足要求、允許用戶接入、帶寬滿足業(yè)務(wù)要求等基本條件外,還要兼顧網(wǎng)絡(luò)整體效率。
目前宏站與Pico、RRH 等低功率節(jié)點(diǎn)間的切換功能已基本具備,宏站與HeNB 間的切換功能正在完善。性能優(yōu)化方面主要考慮小區(qū)選擇策略、HetNet 場(chǎng)景下的切換失敗優(yōu)化、基于UE 移動(dòng)速度的優(yōu)化、CSG HeNB 的切換等議題。另外, 需考慮異構(gòu)網(wǎng)相關(guān)增強(qiáng)技術(shù)對(duì)移動(dòng)性能的影響,包括非連續(xù)接收(DRX)、CRE、eICIC 等。非連續(xù)接收可能會(huì)影響空閑態(tài)小區(qū)重選的及時(shí)性;非連續(xù)發(fā)送可能會(huì)影響連接態(tài)切換的及時(shí)性, 所以我們還有很多問題需要進(jìn)一步研究解決。
四、總結(jié)
未來的無線通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大、構(gòu)成復(fù)雜、覆蓋廣,業(yè)務(wù)種類及服務(wù)質(zhì)量要求多樣,其網(wǎng)絡(luò)特征與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、各類網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及其設(shè)計(jì)方法、以及物理層技術(shù)呈現(xiàn)異構(gòu)化傾向。異構(gòu)化網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為未來無線通信網(wǎng)絡(luò)的重要研究方向。異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)能夠充分利用現(xiàn)有不同無線網(wǎng)絡(luò)之間的特性互補(bǔ)效能,為不同的用戶提供較好的接入服務(wù),從而讓用戶享受到更便捷的網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù),對(duì)它的研究具有重大的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)
[1]3GPP TR 36.814. Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA);Further Advancements for E-UTRA Physical LayerAspects (Release 9)
[2]吳梅,黃帆,桑林等. 協(xié)作式多點(diǎn)傳輸在LTE-A 系統(tǒng)中的應(yīng)用. 移動(dòng)通信,2010(10):43~47
[3]Sara Landstrōm, Anders Furusksar, Klas Johansson, et al.Heterogeneous networks—increasing cellular capacity. EricssonReview,2011(1)
[4]程日濤,趙旭凇. TD-LTE異構(gòu)網(wǎng)層間互操作策略與實(shí)現(xiàn)機(jī)制分析. 電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化,2013(1)
3.4移動(dòng)性增強(qiáng)
由于異構(gòu)網(wǎng)的特性,它會(huì)影響通信的移動(dòng)性能,根據(jù)3GPP研究結(jié)果,異構(gòu)網(wǎng)切換失敗率較宏基同構(gòu)網(wǎng)增加近一倍(從2.4%增加到4.6%),且因?yàn)榈凸β使?jié)點(diǎn)覆蓋范圍等因素的影響,異構(gòu)網(wǎng)用戶切換更加頻繁。
為此,我們不得不考慮垂直切換的性能優(yōu)化、家庭基站移動(dòng)性管理問題,主要目標(biāo)包括:(1)保持用戶在不同小區(qū)間移動(dòng)時(shí)業(yè)務(wù)覆蓋的連續(xù)性,支持宏站與低功率節(jié)點(diǎn)間的切換,支持低功率節(jié)點(diǎn)之間的切換。(2)保證切換時(shí)延、切換成功率等指標(biāo),盡量減少不必要的切換。(3)具有較好的小區(qū)選擇策略,用戶在信號(hào)重疊區(qū)應(yīng)能選擇最好的小區(qū)接入, 該小區(qū)除了信號(hào)滿足要求、允許用戶接入、帶寬滿足業(yè)務(wù)要求等基本條件外,還要兼顧網(wǎng)絡(luò)整體效率。
目前宏站與Pico、RRH 等低功率節(jié)點(diǎn)間的切換功能已基本具備,宏站與HeNB 間的切換功能正在完善。性能優(yōu)化方面主要考慮小區(qū)選擇策略、HetNet 場(chǎng)景下的切換失敗優(yōu)化、基于UE 移動(dòng)速度的優(yōu)化、CSG HeNB 的切換等議題。另外, 需考慮異構(gòu)網(wǎng)相關(guān)增強(qiáng)技術(shù)對(duì)移動(dòng)性能的影響,包括非連續(xù)接收(DRX)、CRE、eICIC 等。非連續(xù)接收可能會(huì)影響空閑態(tài)小區(qū)重選的及時(shí)性;非連續(xù)發(fā)送可能會(huì)影響連接態(tài)切換的及時(shí)性, 所以我們還有很多問題需要進(jìn)一步研究解決。
四、總結(jié)
未來的無線通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大、構(gòu)成復(fù)雜、覆蓋廣,業(yè)務(wù)種類及服務(wù)質(zhì)量要求多樣,其網(wǎng)絡(luò)特征與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、各類網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及其設(shè)計(jì)方法、以及物理層技術(shù)呈現(xiàn)異構(gòu)化傾向。異構(gòu)化網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為未來無線通信網(wǎng)絡(luò)的重要研究方向。異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)能夠充分利用現(xiàn)有不同無線網(wǎng)絡(luò)之間的特性互補(bǔ)效能,為不同的用戶提供較好的接入服務(wù),從而讓用戶享受到更便捷的網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù),對(duì)它的研究具有重大的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用前景。
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[4]程日濤,趙旭凇. TD-LTE異構(gòu)網(wǎng)層間互操作策略與實(shí)現(xiàn)機(jī)制分析. 電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化,2013(1)
3.4移動(dòng)性增強(qiáng)
由于異構(gòu)網(wǎng)的特性,它會(huì)影響通信的移動(dòng)性能,根據(jù)3GPP研究結(jié)果,異構(gòu)網(wǎng)切換失敗率較宏基同構(gòu)網(wǎng)增加近一倍(從2.4%增加到4.6%),且因?yàn)榈凸β使?jié)點(diǎn)覆蓋范圍等因素的影響,異構(gòu)網(wǎng)用戶切換更加頻繁。
為此,我們不得不考慮垂直切換的性能優(yōu)化、家庭基站移動(dòng)性管理問題,主要目標(biāo)包括:(1)保持用戶在不同小區(qū)間移動(dòng)時(shí)業(yè)務(wù)覆蓋的連續(xù)性,支持宏站與低功率節(jié)點(diǎn)間的切換,支持低功率節(jié)點(diǎn)之間的切換。(2)保證切換時(shí)延、切換成功率等指標(biāo),盡量減少不必要的切換。(3)具有較好的小區(qū)選擇策略,用戶在信號(hào)重疊區(qū)應(yīng)能選擇最好的小區(qū)接入, 該小區(qū)除了信號(hào)滿足要求、允許用戶接入、帶寬滿足業(yè)務(wù)要求等基本條件外,還要兼顧網(wǎng)絡(luò)整體效率。
目前宏站與Pico、RRH 等低功率節(jié)點(diǎn)間的切換功能已基本具備,宏站與HeNB 間的切換功能正在完善。性能優(yōu)化方面主要考慮小區(qū)選擇策略、HetNet 場(chǎng)景下的切換失敗優(yōu)化、基于UE 移動(dòng)速度的優(yōu)化、CSG HeNB 的切換等議題。另外, 需考慮異構(gòu)網(wǎng)相關(guān)增強(qiáng)技術(shù)對(duì)移動(dòng)性能的影響,包括非連續(xù)接收(DRX)、CRE、eICIC 等。非連續(xù)接收可能會(huì)影響空閑態(tài)小區(qū)重選的及時(shí)性;非連續(xù)發(fā)送可能會(huì)影響連接態(tài)切換的及時(shí)性, 所以我們還有很多問題需要進(jìn)一步研究解決。
四、總結(jié)
未來的無線通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大、構(gòu)成復(fù)雜、覆蓋廣,業(yè)務(wù)種類及服務(wù)質(zhì)量要求多樣,其網(wǎng)絡(luò)特征與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、各類網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及其設(shè)計(jì)方法、以及物理層技術(shù)呈現(xiàn)異構(gòu)化傾向。異構(gòu)化網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為未來無線通信網(wǎng)絡(luò)的重要研究方向。異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)能夠充分利用現(xiàn)有不同無線網(wǎng)絡(luò)之間的特性互補(bǔ)效能,為不同的用戶提供較好的接入服務(wù),從而讓用戶享受到更便捷的網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù),對(duì)它的研究具有重大的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)
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