小小區(qū)增強物理層技術

范霄 安華為技術有限公司高級工程師

夏媛 華為技術有限公司高級工程師

閆志宇 華為技術有限公司高級工程師

鄭娟 華為技術有限公司高級工程師

小小區(qū)增強物理層技術

范霄 安華為技術有限公司高級工程師

夏媛 華為技術有限公司高級工程師

閆志宇 華為技術有限公司高級工程師

鄭娟 華為技術有限公司高級工程師

小小區(qū)物理層技術旨在提升頻譜效率、優(yōu)化運營效率，具體技術包括引入高階調制方式、小區(qū)開關和小區(qū)發(fā)現(xiàn)等?？湛陂g同步技術作為GNNS或1588等同步技術的補充，可以使小站以較低成本實現(xiàn)同步。

小小區(qū) 高階調制 小區(qū)開關 小區(qū)發(fā)現(xiàn) 空口同步

1 引言

部署低發(fā)射功率的小小區(qū)是應對爆炸式的移動業(yè)務增長需求的一個有效途徑，在熱點區(qū)域顯得尤為重要。低發(fā)射功率的小小區(qū)有很多類型，廣義地來講，低于宏站發(fā)射功率的基站都可以歸為小小區(qū)。

由于小小區(qū)的覆蓋范圍較小，通常服務的UE數(shù)量比較小。在部署密度不大或者業(yè)務負載不高的時候，小區(qū)信道條件好的UE占比較大。這樣的信道條件為引入更高階的調制方式提供了基礎。256QAM成為了小小區(qū)頻譜效率提升的重要技術。

小小區(qū)服務的UE數(shù)量少，且變化比宏區(qū)快。研究表明，根據(jù)業(yè)務負載來調整小小區(qū)的開啟和關閉可以有效地提高網絡的運營效率，節(jié)省資源。小區(qū)發(fā)現(xiàn)和快速的小小區(qū)開關都是物理層增強的重要技術。

TDD制式在較高頻段具有一定的競爭優(yōu)勢。這些頻段又適合部署小小區(qū)。TDD系統(tǒng)對網絡同步有嚴格的要求。在不方便通過衛(wèi)星或者有線方式進行同步的情況下，通過空口進行網絡同步具有靈活且成本低的優(yōu)勢。隨著一些精細網絡協(xié)同技術的引入，比如增強的干擾協(xié)調（eICIC、FeICIC）、干擾消除、CoMP等，F(xiàn)DD的系統(tǒng)也有了對同步的需求。小小區(qū)空口同步增強成為了一個重要的方向。簇的小小區(qū)部署在宏站頻率層（F1）覆蓋范圍之內（或外）使用同頻（F1）或者異頻（F2）進行部署，這一部署場景包括了4種子場景（見圖2）。

圖1 小小區(qū)增強針對的應用場景

2 小小區(qū)增強場景在研究中的分類

圖1給出了所有適用場景的一個共性描述，即成

Scenario 1的特點如下：

●小站部署區(qū)域有宏區(qū)覆蓋。

●小站和宏站同頻部署（F1）。

●小站部署在室外。

●小站成簇部署，簇內較為密集，密度大概為每簇4～10個小站，簇大小為半徑70m的圓。

●理想或非理想的站間回傳。

Scenario 2a和Scenario 1類似，唯一的差別在于Scenario 2a的小站和宏站是異頻部署。Scenario 2b和Scenario 2a類似，唯一的差別在于小站部署在室內。

Scenario 3和Scenario 2b類似，差別在于：

圖2 用于研究的重點應用場景分類

●Scenario 3中無宏區(qū)覆蓋，小小區(qū)孤立布放。

●Scenario3中除了室內密集的小基站布放，還需要考慮稀疏布放的場景（每簇只包括2個小基站）。

3 頻譜效率增強——下行高階調制

在小小區(qū)增強技術的應用場景中，高信噪比的UE可以在下行鏈路傳輸使用256QAM等較高階的調制方案。本章將從鏈路級和系統(tǒng)級的角度評估256QAM的潛在增益。

（1）256QAM鏈路級評估

圖3展示了不同收端/發(fā)端EVM下256QAM和64QAM的頻譜效率，從中可以看出發(fā)端EVM比收端EVM的影響要小得多。其原因是，在發(fā)端引入的EVM經歷與有用信號相同的多徑信道，而在收端引入的EVM在頻域上是平坦的。當發(fā)端EVM為4%時，256QAM在高信噪比區(qū)域可以提供約30%的吞吐量增益。收端EVM為4%時，256QAM的增益會顯著降低，在高信噪比區(qū)域僅能提供約5%的吞吐量增益。

圖4展示了不同收端EVM下256QAM和64QAM的頻譜效率，其中發(fā)端EVM固定為4%。從圖4可見隨著收端EVM的下降，256QAM的性能急劇增加，收端EVM為2%時除外；256QAM可以提供大約15%的增益，收端EVM為3%時除外；256QAM可以提供大約7%的增益。實際上，考慮到已識別出的影響因素，在UE側可實現(xiàn)的EVM可以低至2%～3%。并且，由于256QAM是小小區(qū)的一個新特性，對于某些類型的UE采用新設計以降低收端EVM是可能的。因此，可預計將來能實現(xiàn)更低的EVM。

圖3 不同收端/發(fā)端EVM下256QAM和64QAM的頻譜效率

圖4 不同收端EVM下256QAM和64QAM的頻譜效率，發(fā)端EVM固定

（2）256QAM系統(tǒng)級評估

圖5 引入256QAM的吞吐量增益

圖5展示了在不同的收端EVM和不同的CRS干擾時256QAM在系統(tǒng)級評估中能夠提供的吞吐量增益。其中，小小區(qū)的發(fā)端EVM假設為4%，宏小區(qū)的發(fā)端EVM假設為8%。從圖中還可以看出，在室內和室外場景中，256QAM都可以提供小區(qū)平均吞吐量增益，特別是在Scenario 3（稀疏）、2b（稀疏）中。如果CRS干擾被除去，在使用NCT、動態(tài)小區(qū)開關等技術時，256QAM的增益將被進一步提高。

根據(jù)所有的評估和分析結果，可以看出256QAM在小小區(qū)場景下可以取得顯著的增益。

4 運營效率提升——小區(qū)開關和小區(qū)發(fā)現(xiàn)

小小區(qū)在無業(yè)務傳輸?shù)那闆r下可以關閉、停止信號發(fā)送（包括公共導頻信號和廣播信道等），以減少對于鄰區(qū)的干擾，以提升整體網絡效率。多種不同的小小區(qū)動態(tài)和半靜態(tài)開關方案如下：

●基線方案，沒有任何開關。

●半靜態(tài)開關方案。

●理想動態(tài)開關方案。

●周期性減少CRS的方案。

與半靜態(tài)開關方案相比，根據(jù)業(yè)務負載動態(tài)地進行小區(qū)開關可以獲得更大的增益。理想的動態(tài)開關方案提供了小區(qū)開關的一個增益上限。周期性減少CRS的方案也可以被看作是一種動態(tài)開關的方案。然而，更動態(tài)的小區(qū)開關方案對現(xiàn)有協(xié)議的改動相對更多，受限于LTE R12的時間窗和工作負載等因素，此項技術暫時還沒有標準化。

在允許小小區(qū)半靜態(tài)開關的網絡中，UE主動發(fā)現(xiàn)關閉的小小區(qū)上報給網絡，網絡可以根據(jù)負載干擾等情況決定是否打開這些關閉的小區(qū)為UE服務。用于發(fā)現(xiàn)小區(qū)的參考信號稱作DRS（Discovery RS），在小區(qū)關閉的狀態(tài)下，仍然會周期性地發(fā)送DRS供UE檢測和發(fā)現(xiàn)小區(qū)使用。DRS包括同步信號（Synchronization Signal）和公共參考信號（Common Reference Signal），還可以包括信道狀態(tài)參考信號（CSI-RS）。UE根據(jù)網絡配置的周期檢測DRS，上報信道質量，供網絡決策。

5 空口同步增強

在小小區(qū)增強的技術中，為了便于描述，將為其他小區(qū)提供同步的小區(qū)定義為源小區(qū)，將從其他小區(qū)獲取同步的小區(qū)定義為目標小區(qū)。在一個小小區(qū)簇內，可能包括多個源小區(qū)，并且如果簇內的所有目標小區(qū)不能夠從相同的源小區(qū)獲取同步，那么在該簇內，就需要實現(xiàn)多跳同步?；诳湛谕浇鉀Q方案的研究包括以下幾個方面：

●可以獲得的同步精度。

●資源開銷。

●與其他技術之間的兼容性，例如小小區(qū)開關等。

●對協(xié)議的影響。

網絡偵聽是網絡空口同步的重要技術。目標小區(qū)通過監(jiān)聽源小區(qū)發(fā)送的網絡偵聽參考信號，例如公共參考信號（Common Reference Signal）和定位參考信號（Positioning Reference Signal），直接和源小區(qū)保持同步。圖6為網絡偵聽結構圖，當目標小區(qū)和源小區(qū)同頻或者鄰頻部署時，目標小區(qū)在檢測源小區(qū)時需要停止數(shù)據(jù)發(fā)送。

在增強的同步技術中，允許OAM為網絡配置用于空口同步的參考信號，即偵聽信號的類型、周期和偏置。互相干擾的小區(qū)之間可以通過對OAM信號的解析或者通過S1口信息交互，來決定靜默干擾源的傳輸，提高偵聽質量。運營商通過OAM為整個網絡配置偵聽信號，可以將全網的偵聽信號統(tǒng)一配置，減少偵聽時隙，降低開銷。對于鄰頻部署的TDD網絡，兩個運營商可以通過協(xié)商OAM配置參數(shù)來協(xié)同空口同步。

圖6 網絡偵聽結構圖

1 3GPP TR 36.872.Small Cell Enhancements for E-UTRA and E-UTRAN-Physical LayerAspects

Physical Layer Techniques for Small Cell Enhancements

Physical layer techniques for small cell enhancements aim to improve the spectrum efficiency as well as the operation efficiency,which include higher order modulation,small cell on/off and cell discovery.In addition,air interface based synchronization can be applied flexibly and with low cost,when the traditional synchronization technologies (based on GNNS or backhaul)are not applied.

small cell,higher order modulation,cell on/off,cell discovery,air interface based synchronization

2014-12-26）