异构网关键技术与组网策略研究_韩玉楠

——————————收稿日期：2013-06-08韩玉楠，唐艳超，李福昌（中讯邮电咨询设计院有限公司，北京100048）Han Yunan ，Tang Yanchao ，Li Fuchang （China Information Technology Designing &Consulting Institute Co.，Ltd.，Beijing 100048，China ）异构网关键技术与组网策略研究关键词：异构网；宏蜂窝；微小区；低功率节点；增强型的小区间干扰协调中图分类号：TN929.5文献标识码：A文章编号：1007-3043（2013）08-0005-05摘要：简要介绍了异构网的基本概念和构成，深入研究了各种异构网的关键技术，并通过不同场景的应用策略分析，给出了异构网络的部署发展建议。

Abstract ：It describes the definition and composition of heterogeneous network,and researches the key technologies.Based on the appli-cation strategy analysis of different scenario,it gives some deployment suggestions for heterogeneous network.Keywords ：Heterogeneous network;Macro cell;Small cell;LPN;eICIC0前言近年来，移动互联网业务发展迅速，宽带无线通信需求越来越高。

移动网络已从GSM 到UMTS 并逐步演进到了LTE 。

依靠宏基站进行连续大规模组网已无法满足部分热点区域通信容量需求，在许多深度覆盖、室内覆盖和弱覆盖地区都存在着较严重的通信质量问题，为此业界广泛开展了Small Cell 的微型基站及宏网络与微蜂窝共同组网的策略研究。

1异构网的构成异构网是多制式（如GSM 、UMTS 、LTE 、Wi-Fi 等）异构、多层次（如Macro 、Micro 、Pico 、Femto 、Relay 等）网络架构，是通过不同形态产品的组合实现网络容量最大化的网络架构。

在高数据流量需求、人口密集城区、中小企业及家庭等场景下，可通过Pico 及Femto 等低功率节点（LPN ）实现无缝立体覆盖。

通常是将同一频段资源范围的Macro 、Micro 、Pi⁃co 、Relay 混合部署在网络中。

建网初期，骨干网络依靠室外宏站Macro 提供覆盖，热点、室内等场景依靠Micro 、Pico 、Femto 等LPN 节点进行补盲、扩容覆盖和室内覆盖。

以下为各级网络的基本特性。

a ）Macro 。

发射功率通常大于20W ，用于小区级宏蜂窝连续覆盖。

b ）Micro 。

发射功率通常小于10W ，用于热点地区补盲或扩容覆盖。

c ）Pico 。

类似于一个热点访问接入点，服务于一个小范围区域（如办公室、商城、火车站等），常为接收Research on Key Technology and DeploymentStrategy for Heterogeneous Network宏基站信号不好的用户提供服务。

Pico分为室外站和室内站2种形式，具有成本低、占地面积小、方便部署等优势。

除发射功率较低外，Pico较传统基站并无本质上的区别。

Pico一般都配置为全向天线（即不再区分扇区）。

室外部署时发射功率为250mW~2W，室内部署时通常小于100mW。

d）Relay。

具有多跳性。

用户设备与中继相连放大信号，与小区中的宏基站进行通信，同时小区宏基站也通过中继使下行信号顺利地到达用户设备。

Relay 利用移动网络空口资源作为无线回传网络节点，通过宿主eNodeB以无线方式连接到接入网。

Relay和宿主eNodeB间的接口定义为Un口，UE仍通过Uu口和Re⁃lay相连。

Un口有带内外之分。

带内Un口是指eNo⁃deB和Relay间的链路与Relay和UE间的链路共享同一频点，否则称为带外Un口。

按Relay是否具有独立的cell ID分为Type1Relay和Type2Relay，前者有独立的cell ID，后者无独立的cell ID。

e）Femto。

发射功率通常小于200mW，用于企业级室内覆盖。

家庭基站（Femto cell）适用于家庭室内或较小的商业机构，通过宽带接入（如DSL、电缆等）连接到运营商网络。

家庭基站可提高家庭和小型办公室的宽带无线接入能力，并降低成本、提高竞争力。

其部署与使用取决于所有者，并不是所有用户设备都能接入家庭基站的，只有当用户设备标识在该Femto的封闭用户组（CSG）中时，才能通过该Femto进行数据通信。

CSG用户会对非CSG用户带来额外干扰。

当家庭基站部署不合适时还会对CSG用户带来强干扰。

异构网与传统宏蜂窝的主要区别是具有许多LPN 节点供各种场景组网和覆盖。

用其组网有以下优势。

a）部署灵活，节省30%以上的费用。

利用异构网的LPN进行灵活部署，可实现即插即用，只需上站1次，后续维护简单。

据估算，可节省21%代维费及部分站点租金共30%以上的费用。

b）易于规划，节省90%的规划人力投入。

详细的LPN规划，只需区域地理参数，利用自组织网络（SON）的优化管理，可节省90%的规划人力资源。

c）回传灵活，提高部署敏捷度。

可充分利用现有传输资源形式，实现基于不同带宽（10Mbit/s~10Gbit/ s）和不同技术（如DSL、PON、Wi-Fi等）的回传。

d）站址获取容易，部署快速。

可使用传统天线、集成RRU的有源天线、集成BBU和RRU的Pico站等多种方式，站址选择有很大的灵活度，可采用贴墙、抱杆等方式进行快速部署。

2异构网的关键技术在异构网中，由于多制式、多层次的复杂网络架构环境，使得在干扰抑制策略、移动性管理和资源分配调度、多层次网元运行维护等方面存在诸多挑战，因此需研究异构网络干扰解决方案、异构网络协同技术、SON 组织、回传技术、供电策略、综合管理和异构网络优化，以提供高速、完善覆盖及益于管理的网络，给用户提供优质的业务体验。

2.1异构网的干扰解决方案2.1.1干扰模型异构网络复杂的架构和产品形态导致不同类型基站形成复杂的空间环境及在各种功率节点间、UE间形成复杂的干扰场景。

尤其是宏基站发射功率较LPN 大很多，导致宏基站对LPN中边界用户下行接收的干扰，以及宏基站边缘大功率终端对附近LPN的干扰。

图1是异构网部署下干扰场景的一个示例。

其中：场景（a）中没有准许接入CSG的宏用户受到来自Femto的干扰；场景（b）中宏用户给邻近的Femto造成了强烈干扰；场景（c）中CSG用户受到其他CSG Femto 的干扰；场景（d）中虽采用了基于路径损耗的小区间协作（如采用带偏置的RSRP报告）增强了上行链路，但会增加Pico小区边缘用户的下行干扰。

在这些场景中，上下行干扰抑制方法（如：数据信道和L1/L2控制信令，同步信号和参考信号）是解决异构网干扰问题的关键技术。

2.1.2解决方案目前，异构网的干扰规避和协调主要有完全异频、基于载波聚合和基于非载波聚合等方式。

a）完全异频方式。

宏基站和覆盖范围内的LPN 完全异频，与分层网类似，虽基本上无干扰，但频带资源需求较大。

就20MHz系统带宽而言，若LPN也部署相同带宽，运营商则至少要为LPN预留上下行各20 MHz的频带资源，实现时不仅受限于无线系统的可用频率资源，还会降低频谱资源利用率。

b）基于载波聚合方式。

宏基站和LPN的控制信道可位于不同成员载波上，业务信道可共道传输。

c）基于非载波聚合方式。

宏基站和LPN的控制信道、业务信道都共道传输，可通过频分或时分方式来正交化2种节点的控制信道或业务信道，也可通过功率控制或其他方式来实现控制信道的部分正交。

由于完全异频和基于载波聚合方式可在频率上规划或优化来调度避免干扰，因此下面将重点研究基于非载波聚合的场景。

由于LTE 系统按20MHz 带宽部署网络，采用完全异频方式将造成频谱资源浪费，因此基于LTE 系统的异构网络干扰主要在基于非载波聚合方式场景，相关内容在3GPP 主要以eICIC 技术开展。

下面分别介绍eICIC 应用的小区范围扩大CRE 和几乎空白子帧ABS 两项技术方案。

2.1.2.1CRE 方案小区选择的依据通常是UE 接收信号的功率或质量，常用的选择方式是基于RSRP 值的大小。

如式（1）所示，用户把接收到的来自各基站的参考信号功率最大的1个基站作为为其服务的基站。

Cell _LD serving =arg max {}RSRP i （1）当宏小区中引入Pico 基站后，由于Pico 基站的发射功率较低，若仍使用上述方法进行小区选择，必将导致Pico 基站覆盖边缘的大部分用户仍选择接入到宏小区中，将使宏基站负载远远大于Pico 基站，从而不利于Pico 基站充分利用频率资源分流宏基站负载。

为克服上述问题，可采用一种基于偏置（bias ）的小区选择方式。

如式（2）所示，对宏基站偏置为零，而对Pico 基站偏置为一个非负值，这样即使是用户接收到来自Pico 基站的RSRP 值比宏基站低，用户仍可选择接入到Pico 基站中。

该方案可有效增加用户接入Pico 基站的几率，以平衡宏基站与Pico 基站的负载。

Cell _LD serving =arg max {}RSRP i +bias i （2）2.1.2.2ABS 方案ABS 方案是一种时域干扰协调方式，是指在一些物理信道上降低发射功率（含不传输信号）和/或减少活跃度子帧。

由于ABS 子帧上传输信息较少，干扰小区通过在常规子帧中配置一定比例的ABS 来降低干扰，干扰小区尽量不在ABS 子帧中调度本小区用户，而被干扰小区仍使用常规子帧发射信号。

然而，上述残留的控制信号仍会对被干扰小区造成干扰。

在Macro-Pico 场景中，干扰小区是指宏小区，即宏小区需配置ABS ；在Macro-Femto 场景中，干扰小区是指Fem⁃to ，即Femto 需配置ABS 。

2.2异构网络的协同在异构网络中，宏站提供中低速连续覆盖，Micro 、Pico 、Femto 、Relay 按需提供热点、盲区容量补充，通过站型组合提供多层次的立体覆盖，并在覆盖和性能间取得最佳权衡。

在异构网多层次的网络架构中，各级基站复杂的覆盖和RRM 的管理，都需要异构网各网元间有良好的协同能力，并通过统一优化和调度，满足网络各场景的覆盖与容量需求。

异构网络协同主要包括以下技术。

a ）多载波RRC 智能启建。

RRC 启建阶段，源载波呈现高负荷状态；将链接转建至“交叠小区”。