［周芳梅］

淺談HetNet組網(wǎng)

［周芳梅］

HetNet 關鍵技術 組網(wǎng)設計

周芳梅

畢業(yè)于北京交通大學通信工程專業(yè)學士，現(xiàn)就職于廣東南方電信規(guī)劃咨詢設計院有限公司，助理工程師，主要從事無線網(wǎng)絡規(guī)劃、設計工作。

1 HetNet的概念

LTE在3GPP R10協(xié)議中，引入了HetNet（Heterogeneous Network，異構網(wǎng)絡），指采取分層組網(wǎng)，在宏小區(qū)的廣度覆蓋下布放LPN（Low Power Node，低功率節(jié)點）進行深度覆蓋的組網(wǎng)方式［1］，即通過采用宏蜂窩（marco cell）、射頻拉遠（RRH）及低功率節(jié)點（如微微小區(qū)（pico cell）、家庭基站（home eNodeB，HeNB）、中繼（relay node，RN）等）進行分層組網(wǎng)［2］，提高了鏈路數(shù)據(jù)速率，有效實現(xiàn)了高數(shù)據(jù)流量、高密度的熱點區(qū)域覆蓋。圖1是LTE HetNet的簡單示意。

（1）宏蜂窩在LTE中也稱作為eNode B（增強型節(jié)點）。傳統(tǒng)的宏蜂窩主要由宏基站組成，發(fā)送功率可達46dBm，覆蓋面積大，可達幾千米，能為上千用戶提供相應服務。

圖1 LTE HetNet

（2）微微蜂窩屬于比較低的功率節(jié)點，和宏蜂窩的接入特性相似。其一般由運營商安裝，對于宏蜂窩覆蓋不足的區(qū)域可以提高一定的室內(nèi)外容量。發(fā)射功率一般為23～30dBm左右，可為幾十個用戶提供服務。

（3）家庭基站，在2G、3G網(wǎng)絡中被定義為femtocell，到了LTE階段則被稱為HeNB，屬于低功率節(jié)點［1］。一般由用戶自行安裝，并通過Internet和標準的IP將數(shù)據(jù)通過公網(wǎng)回程傳輸?shù)揭苿雍诵木W(wǎng)，回程鏈路則可利用用戶的家庭寬帶（如電纜、光纖或DSL等）來連接，服務于企業(yè)或者家庭的小范圍活動用戶。

（4）中繼技術，是在基站與移動端之間增加一個或多個中繼節(jié)點，通過無線連接到其歸屬的eNode B小區(qū)，負責對無線信號進行一次或者多次的轉發(fā)，即無線信號要經(jīng)過多跳才能到達移動臺。

（5）射頻拉遠是將基帶信號轉成光信號傳送，而后在遠端放大的一種技術。傳統(tǒng)的基站采用在機架內(nèi)進行射頻調(diào)制，用射頻電纜將射頻信號拉遠至天面后連接功放單元及智能天線。該技術使得室內(nèi)處理單元和室外無線天饋系統(tǒng)進行了有效分離，并且能夠進行單獨設置，改善了信號難以到達區(qū)域的覆蓋質(zhì)量。

除此之外，HetNet還可能包含WiFi、用戶直連通信、分布式天線系統(tǒng)等，在此不再詳述。

2 HetNet組網(wǎng)的關鍵技術

2.1小區(qū)協(xié)同

在HetNet組網(wǎng)中，通過宏蜂窩小區(qū)與微小區(qū)之間的協(xié)同可以獲得較高的協(xié)調(diào)增益，提升網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的容量和吞吐量，提高頻譜資源的利用率，對無線網(wǎng)絡的整體性能產(chǎn)生積極的影響，也讓用戶獲得更好的體驗。

在小區(qū)選擇方面，宏蜂窩小區(qū)因其發(fā)射功率高而下行信號強，微小區(qū)則因距離比較近而上行信號強（如圖2短劃線所標識的區(qū)域）。微小區(qū)距離宏基站位置不同，其覆蓋面積和容量提升效率也不同，故運營商在進行網(wǎng)絡部署時，一般會優(yōu)先將微小區(qū)放置于宏小區(qū)RSRP較低的區(qū)域，同時通過選擇設備掛高點、使用定向天線、降低發(fā)射功率等方式來調(diào)整微小區(qū)的覆蓋范圍。此外，微宏小區(qū)之間甚至是微小區(qū)之間，都盡量利用室內(nèi)墻體、樓板、建筑物外墻等進行物理隔離。這與小區(qū)之間獨立且無協(xié)同的分層結構對比，有著更大的優(yōu)勢。

2.2 高性能回傳

圖2 HetNet的小區(qū)選擇

對于多標準無線部署的HetNet組網(wǎng)結構，比如TDSCDMA 、LTE和WiFi等，都對回傳有著越來越大的需求。傳統(tǒng)回傳方案包括光纖、雙絞線、以太網(wǎng)線、電纜和微波等。當站點具備有線回傳時，理所當然的優(yōu)先選擇有線回傳。

當站點不具備有線回傳時，將會考慮進行無線回傳。無線回傳相對來說部署靈活，但與有線回傳相比可靠性較低，比如通過具有無線傳播能力的微波、TD-LTE、WiFi等回傳。常規(guī)頻段的微波（6-42GHz）適用于大多數(shù)場景下的無線回傳，V-Band（60GHz）和E-Band微波（80GHz）是高頻段微波，具有大容量、頻譜費用低和適合密集部署的特點，在短距高帶寬小基站部署場景下，有突出的成本優(yōu)勢；在有2.6G/3.5G TDD頻譜，非視距（Non Line of Sight，NLOS）、一點到多點（Point-to-Multipoint，P2MP）的情況下，可考慮TD-LTE回傳方式，也可采用Sub-6GHz頻段微波實現(xiàn)非視距回傳；在以數(shù)據(jù)業(yè)務為主的低成本部署場景中，可采用WiFi回傳［3］。

如何解決回傳問題已經(jīng)成為網(wǎng)絡部署的主要挑戰(zhàn)之一，這就需要在數(shù)據(jù)傳輸中選擇一種正確、可靠的回傳方案，讓無線網(wǎng)絡不因回傳問題而影響速率，也讓無線信號在回傳后依然保持較高的網(wǎng)絡質(zhì)量。

2.3 網(wǎng)絡自組織

網(wǎng)絡自組織（Self-Organized Network，SON）主要由運營商提出，包括自配置、自優(yōu)化和自治愈三個特性，該特性能更好地適應HetNet組網(wǎng)結構的扁平化和靈活性，有效的管理大量不同節(jié)點，減少運營商對網(wǎng)絡進行操作維護的人工成本。

（1）自配置指對新部署的eNodeB通過自動安裝過程進行配置，從而獲取必要的配置信息和系統(tǒng)操作，主要包括站點位置的智能選擇、軟件和配置文件的自動下載和更新、自動配置檢查和存量更新、自動測試等功能。其從設備安裝上電到用戶設備能夠正常接入進行業(yè)務操作，可在很少或者完全沒有工程人員干預的前提下完成。它簡化了新站開通調(diào)測流程，減少了人為干預環(huán)節(jié)，降低了對工程施工人員的要求，目標是做到即插即用，真正降低開站難度從而減少運維成本。

（2）自優(yōu)化主要包括干擾協(xié)調(diào)、物理信道的自優(yōu)化、隨機接入信道優(yōu)化、準入控制參數(shù)優(yōu)化、擁塞控制參數(shù)優(yōu)化、分組調(diào)度參數(shù)優(yōu)化、鏈路層重發(fā)方案優(yōu)化、覆蓋間隙偵測、切換參數(shù)優(yōu)化、負載均衡、家庭eNodeB的自優(yōu)化等。其根據(jù)終端用戶設備和基站eNode B的性能測量等網(wǎng)絡運行狀況，對網(wǎng)絡參數(shù)進行自我調(diào)整優(yōu)化，以達到提高網(wǎng)絡性能和質(zhì)量和減少網(wǎng)絡優(yōu)化成本的目的。

（3）自治愈，顧名思義，指網(wǎng)絡問題的自我治愈，功能主要包括小區(qū)停用預測、小區(qū)停用偵測、小區(qū)停用補償?shù)取Ｔ摴δ芡ㄟ^對系統(tǒng)告警和性能的檢測發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡問題，并自檢測定位，部分或者全部消除問題，最終實現(xiàn)對網(wǎng)絡質(zhì)量和用戶感受的最小化影響。

3 HetNet組網(wǎng)的設計規(guī)劃

HetNet組網(wǎng)設計的有效方法，包括提升、加強和增加移動寬帶的基礎設施，同時引入一體化小基站。

（1）提升現(xiàn)有宏蜂窩小區(qū)的性能：通過在基站建設中選擇更先進更智能的天線來進行系統(tǒng)分布，通過宏微協(xié)同提高頻譜資源的利用率，通過選擇不同的回傳方式來提高數(shù)據(jù)的傳輸速率，同時綜合多天線、多載波、多扇區(qū)和高階調(diào)制等技術，使無線網(wǎng)絡更加的高效和可靠，確保用戶能夠始終如一的享受無線網(wǎng)絡帶來的高品質(zhì)體驗。

（2）加強密集化的宏蜂窩網(wǎng)絡：傳統(tǒng)的宏蜂窩小區(qū)往往存在通信質(zhì)量差的陰影區(qū)和業(yè)務繁忙區(qū)，主要由于電波在傳播過程中遇到障礙物和傳播空間負荷分布不均勻造成。目前依靠對小區(qū)進行分裂以及適當?shù)慕ㄔO直放站等辦法來加強宏蜂窩網(wǎng)絡的密集化覆蓋，從而來減少陰影區(qū)和業(yè)務繁忙區(qū)帶來的信號問題。

然而不能無限制地分裂宏蜂窩小區(qū)和設置直放站，因為往往需要通過犧牲容量來提高通信質(zhì)量，而網(wǎng)絡覆蓋的擴大又會導致通信質(zhì)量的下降。因此需要通過增加微小區(qū)以及室內(nèi)覆蓋（比如WiFi）等方式來彌補宏蜂窩覆蓋的不足。

（3）增加微小區(qū)：微小區(qū)技術是為了補充無線信號的覆蓋而發(fā)展起來的，其發(fā)射功率較小且基站天線安裝位置較低，既增加了業(yè)務密度，也在一定程度上減少了信號損耗。實際設計時，一般用于宏蜂窩小區(qū)覆蓋不到又有較大話務量的地鐵隧道等場景，或者話務量比較集中的商務樓等場景，以及話務量很高的商業(yè)街道等場景。通過這樣的設計，則可以分擔熱點區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的話務，提高單用戶的容量，提升宏蜂窩的網(wǎng)絡性能，保證覆蓋區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)絡速率，從而提升網(wǎng)絡的整體性能。

（4）一體化小基站

隨著大眾環(huán)保意識和防輻射意識的增強，站址選擇越來越困難，那么利用路燈桿、監(jiān)控桿或者掛墻等方式來部署基站，既安裝便捷又降低人工成本，越來越受到運營商的青睞。根據(jù)不同場景的部署要求，小基站可將供電、傳輸、防雷等功能進行拉遠，然后小基站選擇單獨部署；也可對供電、傳輸、防雷等功能進行集成。一體化小基站的外觀可采用球形或者方形，并進行適當美化，方便融合到周圍環(huán)境中。

在HetNet組網(wǎng)中，通過確定某區(qū)域是否需要增加站點、是否需要對宏蜂窩網(wǎng)絡進行密集化建設以及是否需要對現(xiàn)有的網(wǎng)絡系統(tǒng)進行改善等來規(guī)劃網(wǎng)絡的覆蓋需求和未來需要滿足的容量。具體采用哪種方式來規(guī)劃建設則取決于現(xiàn)有網(wǎng)絡的小區(qū)密度、小區(qū)協(xié)同的能力及抗干擾能力、回傳的可靠性，取決于未來業(yè)務流量的預測和未來網(wǎng)絡數(shù)據(jù)速率的需求，也取決于每一種網(wǎng)絡結構的技術支撐能力、建設的經(jīng)濟可行性。

4 結束語

HetNet組網(wǎng)較為復雜，本文著重論述了幾種關鍵技術，如小區(qū)協(xié)同、回傳、SON等，并從提升、加強和增加移動網(wǎng)基礎設施、引入一體化小基站等角度提出了組網(wǎng)的規(guī)劃設計，讓更多人對未來無線網(wǎng)絡的組網(wǎng)架構有著更加清晰的認識。隨著移動業(yè)務和數(shù)據(jù)業(yè)務的爆發(fā)性增長，頻率資源和站址資源的日漸緊張，不同網(wǎng)絡架構間的干擾日益明顯，HetNet組網(wǎng)將成為移動無線網(wǎng)絡的長期發(fā)展趨勢。

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2016-08-22）

近來，隨著智能終端的豐富化以及移動互聯(lián)的高速發(fā)展，HetNet組網(wǎng)因其可以滿足不同熱點區(qū)域的覆蓋需求、有效提高無線網(wǎng)絡的頻譜效率、大幅提升鏈路質(zhì)量和系統(tǒng)容量等優(yōu)點，而成為當今研究的熱點和重點。文章詳細分析了HetNet組網(wǎng)的關鍵技術，提出了組網(wǎng)規(guī)劃設計的有效方法，以期讓更多人對HetNet組網(wǎng)有更清晰的認識。