4G+网络扩容优选之路:LTE宏站微站协同混合组网

2014-12-01 一辈子的嗳

OFweek光通讯网讯 在LTE时代,移动数据业务发展迅猛,网络容量需求巨大。中国移动互联网市场规模在2014年第一季度已高达330亿元,而到2015年第一季度则增长了一倍有余,达到了760亿元。与此同时,智能终端的普及率也在持续攀升,2014年全球智能终端的出货量高达15亿部,预计到2017年将增加至30亿部,智能终端产业的发展与移动互联网的发展形成合力,极大地刺激了用户对数据业务的需求。数据流量需求的飞速增长,促使运营商在频谱紧缺的环境下积极探寻合适的网络扩容方案,以满足用户的长期诉求。而目前常用的扩容方法,如扩载波、升级演进技术以及小区分裂等,均难以满足多样化的长期扩容需要。在4G+时代频谱资源极度紧缺的情况下,运营商可有效利用LTE宏微协同混合组网改善网络质量、提升用户感知。

此外,随着LTE规模建设和运营时代的来临,运营商面临着网络建设和运营成本不断攀升的挑战。对于占网络建设投资最大比重的无线网建设,应该改变传统单调的以宏基站建设来满足网络覆盖的思路,积极引入新形态基站设备以满足运营商轻资产化的转型需求。因此,在4G移动网络加速发展的今天,积极探索LTE宏微混合组网部署方式将可以更好地满足用户日益增长的移动数据需求。

LTE宏微混合组网关键技术

LTE宏微混合组网的关键技术主要包括宏微协同技术和宏微融合技术。

宏微协同是宏微混合组网部署时必不可少的功能,旨在解决同频组网时宏微小区之间严重的干扰问题,进一步提升边缘用户的速率和整网的频谱效率。具体来说,宏微协同主要包括宏微间干扰协调和宏微间多点协作。

——宏微间干扰协调。宏微间干扰协调是解决宏微同频组网干扰问题的最直接手段。在宏微单载波同频组网场景下,应能够采用宏站和微站之间通过时域或者功率域协调的方式规避干扰。在宏微多载波同频组网场景下,应能够通过载波间的资源协调,在频域上规避干扰。

目前较为典型的宏微干扰协调技术是eICIC/FeICIC。在宏站的覆盖范围内引入微站后,由于微站的发射功率较低,导致微站覆盖边缘的大部分用户仍选择接入宏站,不利于微站分流宏站的负荷。为了使用户尽可能地接入微站,3GPP提出了小区范围扩展(CRE)方案。在小区选择过程中,为微小区设置CRE偏置,使微站的覆盖范围扩大,在微站信号强度低于宏站时用户也可以接入微站,达到分担宏小区负荷的目的。CRE偏置越大,可以接入微站的用户越多,微站的覆盖范围相对就越大,但同时其边缘用户越接近宏站,所受到的来自宏站的干扰越强,对于干扰抑制技术的需求也就更为迫切。

eICIC技术的引入可以很好地应对这种干扰,提升CRE区域的业务性能。eICIC采用几乎空白子帧(ABS)方案,通过在时域上协调宏微小区间的数据传输从而规避干扰。具体而言,宏站配置一定比例的ABS子帧,其中只承载CRS、PSS/SSS等公共信号,不承载业务数据;而微站在受保护的ABS子帧上调度其边缘用户,可避免受到宏站的干扰。

——宏微多点协作。宏微多点协作主要考虑在宏微同覆盖场景下,宏站及微站或者多个微站同时向同覆盖区域内的用户发送或接收数据以降低同频干扰,提升用户数据传输速率,满足用户业务传输需求。主要包括宏微CoMP以及宏微小区合并技术。

宏微CoMP技术。该方案包含联合发送(JT)、动态点选择(DPS)、协作调度/波束赋形(CS/CB)、联合接收(JR)等,其中,JR与CS是目前LTE基站设备所采用的主流技术方案。

JR是上行CoMP的一种实现方式,服务小区与协作小区同时接收处理同一个微站边缘UE的上行业务数据,同时协作小区将接收到的数据传递给服务小区进行合并及解调处理,这样可获得功率增益与分集增益,提高边缘用户的SINR及上行速率。CS方案服务小区与协作小区交互调度信息,通过协同调度避免协作小区与服务小区在相同的RB资源上调度用户,从而规避干扰,提升小区边缘速率。与JR不同,采用CS协作时用户数据流仅存在于服务小区并由服务小区进行传输。

宏微小区合并技术。宏微小区合并是将多个宏RRU与微RRU覆盖下的物理小区合并为一个逻辑小区,将原先的物理小区边缘高干扰区域转变为逻辑小区中心区域,消除多小区间的干扰。参与合并的所有RRU需要共BBU,在上行方向,BBU对各RRU接收到的用户信号进行联合检测与合并,获得接收增益。在下行方向,各物理小区在相同的时频资源上发送相同的无线信号。

小区合并虽然可以消除干扰,但同时也会牺牲系统容量。在小区合并前,系统可接纳的最大容量为多小区峰值吞吐量之和;合并后,系统的最大容量为单个小区的峰值吞吐量,系统总容量降低,所有用户共享合并小区的容量。

 

——宏微融合技术。宏微融合技术可以充分利用运营商不同制式或系统的频谱资源,将宏站和微站传输的不同数据流合并,有效提升整网容量。按照不同组网场景,宏微融合技术主要包括宏微载波聚合技术以及宏微双链接技术。

宏微间载波聚合。宏微载波聚合主要应用于宏微同站或者宏微间具有低时延高速互连的场景,以满足载波聚合的高速数据传输要求。宏微间载波聚合应满足宏微间FDD+FDD或FDD+TDD制式的组网场景。其中,FDD+TDD载波聚合是一种重要的载波聚合方式,旨在充分发挥LTE FDD与TD-LTE的技术特性,更有效利用运营商不同制式的频谱资源。在宏微间FDD+TDD载波聚合功能部署时,应根据用户对宏站和微站的信号接收质量灵活地进行主载波设置。

宏微间双链接。宏微间双链接技术对回传时延要求较低,可应用于宏微间具有非理想回传的场景。宏微小区双链接技术中,用户可连接在多个小区中,控制面数据由覆盖范围更广的宏站发送,可使用户的RRC连接具有分集效应,提高用户移动鲁棒性;宏站和微站保持相对独立的连接,均可发送用户平面数据,可有效提高数据速率。此外,双链接技术还可在一定程度上解决传统宏微网络上下行负载不均衡的问题。

根据宏微站间不同的组网方式,宏微站间双链接应根据实际部署时的回传网络状况选择用户面信息和控制面信息的锚点,以适应组网及用户数据业务的需求。

LTE宏微混合网络部署

实现宏微协同组网,可快速解决网络弱覆盖问题以及容量不足问题。室外部署时,微站定位于为宏站提供快速有效的补充;室内部署时,微站既可作为单独的室内网络覆盖解决手段,也可为已建的室内网络提供补充。

在室外网络部署时,微站可用于解决小面积区域的弱覆盖、盲覆盖、容量不足问题,或由于用户分布极度不均匀而需要进行的网络结构优化问题。室外型一体化基站与一体化RRU既可用于补盲补弱,为用户提供连续性的网络体验,也可用于吸收宏小区下局部区域的热点话务。当用于吸热时,为应对同频干扰对网络容量和质量的影响,一方面,微站距离宏基站位置不同,其覆盖面积、容量提升效率也不同,应优先将微站放置于宏小区RSRP较低的区域,并审慎选择将微站部署在宏小区RSRP较高的区域;另一方面,可使用干扰抑制等技术手段,或通过控制设备挂高、使用定向天线、降低发射功率等方式调整微站的覆盖范围。

在室内网络部署时,微站既可以补充室内覆盖或容量,部署于已建室内网络改造困难的盲覆盖区域,或业务分布极不均匀的局部热点区域;也可以作为独立的室内网络覆盖解决方案。室内一体化基站可在已建室内网络由于物业结构、用途改变出现部分覆盖盲区且改造困难时使用,也可作为部署规模在千平级别以下的新建、改造室内网络的技术手段。此外,对于不具备机房资源或不具备传统IPRAN回传资源但具备xPON接入资源的场景也可使用;室内一体化RRU产品可以灵活应对物业协调困难、施工难度大、业务量分布较不均匀的场景网络建设,尤其适合部署于10万平级别以上的上述场景中。对于初期容量需求不大但后期有扩容需求的场景,建议在站点规划和布放时充分考虑射频单元隔离和资源预留,便于后续实施小区分裂。

微小区之间、室内微小区与室外宏小区之间,尽量利用建筑物外墙、室内墙体、楼板等进行物理隔离,或者使用定向天线错开覆盖范围。

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