MSA未来无线网络演进的关键技术

伴随无线网络不停发展, 多流汇聚（MSA, Multiple Stream Aggregation）经过采取多制式、多载波和多层网络深度融合, 能够带来500％边缘吞吐量提升, 真正实现无边界网络理念, 使用户不管处于网络任何位置, 都能够享受到高速稳定数据接入服务, 它将成为未来网络演进关键技术。

智能终端普及以及移动宽带迅猛发展, 使移动数据业务展现爆发式增加。

业界估计, 未来十年, 全球移动数据业务量将以指数级增加, 这将给
目前网络带来前所未有巨大冲击。

目前网络所面临挑战
目前网络通常采取单层网络布署, 即: 不一样无线接入技术（RAT, Radio Access Technology）, 如GSM、UMTS、LTE和Wi-Fi等, 分别进行独立布署和管理, 且经过不一样关键网设备接入网络。

用户在同一时刻只能与一个RAT中单个节点进行数据传输, 从而造成无线资源利用
不充足, 网络基础设施反复投资, 网络容量无法深入提升等问题。

即使HetNet是现在用于提升网络容量一个经典应用场景, 可是伴随小站个数逐步增多, 未来将出现越来越多“小区边缘”, 使得频繁切换、切换失败率增加以及边缘用户吞吐量降低等现象越来越突出, 这些都对用户体验有所影响。

所以, 移动性、干扰、资源利用率等问题是目前网络所
面临关键挑战。

移动性
伴随HetNet密集布署, 小站个数逐步增多, 频繁切换以及乒乓切换等现象将不停涌现。

通常情况下, 因为小站天线布署位置较低, 造成小站
和宏站信号传输特征有所不一样。

伴随距离增加, 宏站信号衰减比较缓慢。

小站布署后, 即使小站周围信号强度显著提升, 不过伴随离小站距离增加, 信号会出现快速衰减现象, 严重时还将造成用户掉话。

简言之, 因为小站信道快衰特征, 以及引入小站所带来干扰等原因, 使得HetNet场景下切换失败率普遍高于传统同构（仅布署宏站）场景下
切换失败率, 尤其以用户从小站切换到宏站时更为显著。

干扰
假如小站布署在宏站覆盖范围之内, 因为受到宏站同频干扰, 所以小站覆盖范围会出现显著收缩现象, 即: 小站越靠近宏站, 其覆盖范围越小。

比如, 小站假如布署在宏站边缘, 其覆盖范围能够达成100m以上; 而小站假如布署在宏站中心, 则其覆盖范围仅能够达成几十米甚至十几米。

另外, 因为同频干扰存在, 也会使得用户吞吐量显著下降。

资源利用率
通常而言, 在不一样时间和地理位置, 宏站和小站之间总是存在不一样业务需求差异。

在传统HetNet场景下, 不一样站点之间无法进行资源共享, 从而造成资源利用不充足, 不一样站点下用户体验也有所不一样。

宏站因为其覆盖范围大, 能够吸附更多用户, 所以, 通常而言宏站负载可能较重, 这将造成宏站内用户吞吐量较低, 尤其是宏站边缘用户, 因
为距离宏站较远, 同时又受到同频小站干扰, 其用户吞吐量就更低。

而对小站而言, 因为受到覆盖范围约束, 造成其吸附用户个数不多, 负载较轻, 所以小站内用户吞吐量较高。

所以, 宏站和小站下用户感受显著不一致。

未来无线网络演进关键技术——MSA
伴随无线网络不停发展, MSA经过采取多制式、多载波和多层网络深度融合, 能够很好地处理目前网络所面临移动性支持待提升、干扰问题突出和资源利用率不高等问题, 从而极大地提升边缘吞吐量, 真正实现无边界网络理念。

未来无线网络经过采取网络分层和MSA完美结合, 能够使用户不管处于网络任何位置, 都能够享受到高速稳定数据接入服务, 实现超宽带、
零等候和无处不在连接, 从而带来高速、高质量以及简单自由分享业务体验。

其中, 网络分层是指多层网络架构, 包含Host Layer和Boosting Layer, 如图1所表示。

Host Layer关键用于确保网络覆盖, 经过建立Host link来为用户提供信令和数据传输, 提供无处不在连接, 确保可靠基础用户体验; Boosting Layer关键用于提升网络容量, 经过建立Boosting link来为用户提供数据传输, 达成最好用户体验。

而MSA是有机聚合Host Layer和Boosting Layer关键技术, 经过多个节点为用户提供多流汇聚, 深入提升了用户感受和网络容量, 该技术已经被业界广泛认可, 并从3GPP R10版本开始逐步被支持, 成为目前标准讨论热点。

RAN侧网络实体, 如BBU pool或者SRC（Single Radio Controller）, 可作为MSA集中控制节点, 实施统一控制功效, 从而愈加好地实现网络分层、数据分流以及协调调度等。

Host Layer: 确保可靠基础用户体验
Host Layer能够有效地处理目前网络所面临移动性和干扰问题。

在同频场景下, Host Layer可采取相同小区ID网络布署方法, 经过不一样节点使用相同物理小区标识（PCI, Physical Cell Identifier）, 从而避免同频切换; 在异频场景下, 比如多载波或者多制式场景, Host Layer可使用户总是附着在宏站上, 即: 不管用户在宏站覆盖范围内怎样移动, 一直保持用户和宏站之间Host link存在, 从而避免异频切换。

网络分层后, 干扰深入可分为层内干扰和层间干扰。

协调调度可用于处理层内干扰, 比如: 针对干扰敏感用户, Host Layer能够经过协调邻区调度, 降低其所受干扰。

时频资源分离可用于处理层间干扰, 比如: 预留一部分时频资源在Host Layer不一样节点间进行SFN（Single Frequency Network）传输, 以达成最好覆盖, 而其她时频资源在节点间进行空间复用, 以达成最好效率。

换言之, 不一样层之间经过确保资源相互独立, 从而降低层间干扰。

Host Layer经过避免切换, 确保了用户业务连续性; 经过降低干扰, 提升了用户吞吐量, 从而确保了可靠基础用户体验。

Boosting Layer: 提供最好用户体验
MSA是有机聚合Host Layer和Boosting Layer关键技术, 针对不一样应用场景又深入包含: Intra-frequency MSA、Inter-frequency MSA和Inter-RAT MSA。

Intra-frequency MSA: 利用多个同频节点为用户提供多流汇聚
在传统HetNet场景下, 用户仅能与其单个附着节点进行数据传输, 系统资源无法得到充足利用。

而未来网络可经过采取Intra-frequency MSA技术, 使得用户能够动态地实现与一个或者多个最好节点进行数据传输, 完成同频节点间多流汇聚, 达成最好用户体验。

同频MSA中, 数据传输节点对用户而言是透明, 即使是在不一样小区ID场景下, 也不需要信令开销, 从而最大化利用系统资源, 愈加好地处理目前网络存在资源利用不充足问题, 实现用户体验一致性。

另外, Intra-frequency MSA还采取了部分优异算法, 可带来200％边缘吞吐量提升, 包含: CS-PC（Coordination Scheduling Power Control）, 经过协调调度功率控制来实现干扰管理; CLB（Coordination Load Balance）, 经过自适应协调负载均衡提升频谱效率; CoMP （Coordinated Multi-Point）, 基于实时信道改变进行动态节点选择或者联合传输, 从而实现业务负载均衡等。

Inter-frequency MSA: 利用多个异频节点为用户提供多流汇聚
在传统HetNet场景下, 当用户在宏站和小站之间移动过程中, 异频切换将被触发, 可能影响用户体验。

而未来网络可经过采取
Inter-frequency MSA技术, 使得用户总是附着在宏站上, 即: 一直保持用户和宏站之间存在Host link, 并动态选择最好小站, 经过用户和最好小站之间Boosting link来对宏站进行数据分流。

对用户而言, 形成了不一样载波间多流汇聚, 深入提升了用户感受和网络容量。

依据宏站和小站之间backhaul link时延特征, Inter-frequency MSA又分为两种场景: 理想backhaul和非理想backhaul。

理想backhaul 指是宏站和小站之间backhaul link传输时延能够忽略不计, 非理想backhaul指是宏站和小站之间backhaul link传输时延不可忽略。

值得一提是, 非理想backhaul场景下将不一样节点不一样载波上数据流进行灵活汇聚, 是3GPP Rel-12标准关键热点之一, 受到业界广泛关注。

Inter-RAT MSA: 利用多个不一样制式节点为用户提供多流汇聚
异制式多流汇聚（Inter-RAT MSA）是实现不一样制式融合方案关键技术。

其中, Host Layer能够是UMTS或者LTE, Boosting Layer能够是LTE或者Wi-Fi。

以LTE和Wi-Fi融合场景为例。

LTE作为Host Layer, 用于提供覆盖, 保持用户和宏站之间Host link一直存在, 确保可靠基础用户连接; Wi-Fi作为Boosting Layer, 用于容量提升, 经过用户和Wi-Fi之间Boosting link提升传输速率, 达成最好用户体验。

在网络布署时, 大多数数据业务下行业务量远超出上行, 然而蜂窝网络传输资源基础上是上下行对称, 所以蜂窝网络下行数据传输更急需增强。

另外, 因为Wi-Fi网络上行存在更为严重接入冲突、隐藏终端以及QoS等问题, 而且这些问题会伴随用户数目增加而急剧恶化。

基于上述考虑, 华为认为, 最高效传输方案是将Wi-Fi关键用于下行数据传输, 即: 依据信道、网络负载和干扰情况等原因, 经过在RAN侧新定义控制实体SRC, 灵活地将蜂窝Host link上下行数据分流到Wi-FiBoosting link上, 从而使得用户峰值体验成倍提升, 同时也能够极大地提升网络容量。

现在, 基于上述方案和技术, 华为已经利用现有产品平台实现了MSA技术, 并在外场成功地验证了网络分层和MSA技术融合所带来用户体验提升, 真正实现了未来无边界网络理念。

图1 未来无线网络中网络分层和MSA融合。