異構(gòu)網(wǎng)絡中小小區(qū)發(fā)現(xiàn)技術(shù)研究*

［張傳璽 赫杰 譚丹］

異構(gòu)網(wǎng)絡中小小區(qū)發(fā)現(xiàn)技術(shù)研究*

［張傳璽 赫杰 譚丹］

未來移動通信網(wǎng)絡中，異構(gòu)網(wǎng)將成為主流，一個宏基站下可能有多個小小區(qū)（smallcell）存在，這些小小區(qū)按覆蓋范圍可以分為微基站（microcell）、微微基站（picocell）、家庭基站（femtocell）、中繼（relay）等；smallcell快速準確的發(fā)現(xiàn)對我們進行小區(qū)切換和小區(qū)關(guān)斷技術(shù)研究也有很重要的意義。

異構(gòu)網(wǎng) 小小區(qū) 小小區(qū)發(fā)現(xiàn)

張傳璽

重慶郵電大學通信與信息工程學院2014級研究生，主要研究方向：移動通信。

赫杰

重慶郵電大學通信與信息工程學院。

譚丹

重慶郵電大學通信與信息工程學院。

引言

異構(gòu)網(wǎng)絡由不同的基站節(jié)點組成，通過對其靈活的部署，既能滿足當前激增的無線業(yè)務需求，又能達到綠色通信的目的。同時，異構(gòu)網(wǎng)絡中大量干擾的存在現(xiàn)實，傳統(tǒng)的小區(qū)發(fā)現(xiàn)在此場景中不合時宜，3GPP討論了新的小區(qū)發(fā)現(xiàn)機制，但并沒有具體提出未來使用方案［1］。3GPP高層協(xié)議方面［2,3］提出的潛在技術(shù)也需要快速小區(qū)發(fā)現(xiàn)去支持，所以關(guān)于小小區(qū)發(fā)現(xiàn)技術(shù)研究有很重要意義。

本文介紹了異構(gòu)網(wǎng)絡部署場景，著重討論了未來小小區(qū)發(fā)現(xiàn)的可能采用機制，最后介紹發(fā)現(xiàn)參考信號（DRS）

［4］的研究和提高小小區(qū)發(fā)現(xiàn)性能的技術(shù)。

1　異構(gòu)網(wǎng)絡的部署場景

異構(gòu)網(wǎng)絡主要有3種部署場景。F1、F2指不同的頻率，圖1宏小區(qū)和小小區(qū)同頻部署，小小區(qū)均部署在戶外。圖2（a）宏小區(qū)和小小區(qū)異頻部署，小小區(qū)均部署在戶外，圖2（b）宏小區(qū)和小小區(qū)異頻部署，小小區(qū)均部署在戶內(nèi)。圖3僅部署室內(nèi)小小區(qū)場景，在該場景下不存在宏小區(qū)。

圖1　宏小區(qū)和小小區(qū)同頻部署

圖2?。╝）宏小區(qū)和小小區(qū)異頻部署，小小區(qū)在戶外

圖2?。╞）宏小區(qū)和小小區(qū)異頻部署，小小區(qū)在戶內(nèi)

圖3　僅部署室內(nèi)小小區(qū)

2　小小區(qū)發(fā)現(xiàn)機制

2.1基于傳統(tǒng)小區(qū)發(fā)現(xiàn)機制（3GPP標準）

UE需要周期性的檢測小小區(qū)基站廣播的參考信號，測量參考信號的接收質(zhì)量（RSRP），當UE發(fā)現(xiàn)某個小小區(qū)的RSRP大于預設(shè)的閾值時，判定發(fā)現(xiàn)了小小區(qū)，準備切換業(yè)務。缺點就是固定的測量間隔（MG）和測量周期（MP）使得UE消耗大量能量，尤其是對于密集部署的小小區(qū)場景，多個載波頻率的掃描會消耗大量的UE能耗。

2.2基于終端移動狀態(tài)（DMS）的小區(qū)重選方法

3GPP定義了指定時間窗口內(nèi)，基于小區(qū)再選擇的UE狀態(tài)判定方法。也就是說在指定時間間隔內(nèi)發(fā)生的小區(qū)重選次數(shù)和切換次數(shù)來估計終端的移動狀態(tài)［5］。

Ncr為指定時間內(nèi)小區(qū)重選次數(shù)，Ncr-h為最大的重選閾值，Ncr-l為最小的重選閾值。網(wǎng)絡持續(xù)跟蹤每個UE的移動狀態(tài)信息（MSE），并根據(jù)MSE分配頻間測量間隔（IFMG），如果UE處在“High”或“Medium”狀態(tài)時，UE掛起頻間測量（IFM），即只有當UE處于“Low”狀態(tài)時，才會進行頻間測量，那么就在一定程度上節(jié)省了UE的能量消耗。因為處于高速移動的UE，與小小區(qū)連接時間較短，小小區(qū)帶來的分流增益可能都彌補不了小小區(qū)發(fā)現(xiàn)所付出的代價。

2.3基于射頻指紋的小區(qū)發(fā)現(xiàn)機制

UE的位置信息表明其周圍至少存在一個小小區(qū)時，可以由UE（網(wǎng)絡側(cè)也可以）觸發(fā)IFM操作。

指紋數(shù)據(jù)庫中每個指紋包括：

對應位置點附近的N個最強宏小區(qū)ID

每個宏小區(qū)ID對應的UE信號接收強度RSRP

每個數(shù)據(jù)庫包括M個指紋，N稱為指紋的大小。小區(qū)的發(fā)現(xiàn)是通過利用宏小區(qū)ID和RSRP構(gòu)成的指紋數(shù)據(jù)庫來實現(xiàn)的，數(shù)據(jù)庫的每一個條目叫射頻指紋（RF Fingerprint）它是在每個小區(qū)的附近采集得到的。當UE進行小區(qū)發(fā)現(xiàn)時，接收到來自宏基站發(fā)送的參考信號，接收到N個宏基站的標識（IDs），

并與數(shù)據(jù)庫匹配，如果匹配成功說明UE附近存在一個宏小區(qū)，之后在進行確知信號（如同步序列）的搜索，之后在于小區(qū)建立連接［6］-［8］。宏小區(qū)射頻指紋數(shù)據(jù)庫如表1所示。

表1　宏小區(qū)指紋數(shù)據(jù)庫

步驟一、宏小區(qū)ID的匹配。

步驟二、UE的參考信號接收質(zhì)量與數(shù)據(jù)庫中宏小區(qū)ID對應的RSRP比較，在一個偏置范圍內(nèi)就認為匹配成功。

α偏置因子，δ修正因子由網(wǎng)絡側(cè)配置。有了RSRPoffset我們可以定義一個物理區(qū)域，中心為小區(qū)中心，半徑為r，r的設(shè)置應該使小小區(qū)能夠更容易的搜索出小小區(qū)。

該方案步驟簡單，可以節(jié)省大量能耗［9，10］，但存在指紋準確性的問題，以及指紋數(shù)據(jù)庫的建立、更新、維護問題。

3　小區(qū)搜索

小區(qū)搜索是終端與服務小區(qū)建立時頻同步并且發(fā)現(xiàn)小區(qū)標識的過程，分為初始模式小區(qū)搜索和連接模式小區(qū)搜索。初始模式小區(qū)搜索指開機過程，UE在很少或沒有先驗信息情況下去發(fā)現(xiàn)一個合適的基站并且從該基站接收服務消息。連接模式小區(qū)搜索是指處于連接狀態(tài)的UE進行周期或非周期的小區(qū)搜索以便發(fā)現(xiàn)信號質(zhì)量較好的小區(qū)用于重選和切換［11，13］。

異構(gòu)網(wǎng)絡小小區(qū)發(fā)現(xiàn)機制中兩種小區(qū)發(fā)現(xiàn)模式都會存在 ，密集部署小小區(qū)的情景下，為了增加小小區(qū)分流宏小區(qū)業(yè)務和提升網(wǎng)絡整體的吞吐量，連接模式的小區(qū)搜索應用更為頻繁?？焖儆行У匦⌒^(qū)發(fā)現(xiàn)對于減少宏基站負載壓力，優(yōu)化。

網(wǎng)絡的部署，以及后續(xù)小小區(qū)開關(guān)的研究都有極其重要的作用。

4　小小區(qū)發(fā)現(xiàn)參考信號研究

3GPP對于小小區(qū)密集部署場景下潛在的發(fā)現(xiàn)參考信號進行了討論，但是并沒有給出確切結(jié)論。傳統(tǒng)的小區(qū)發(fā)現(xiàn)和RRM測量使用同步信號（SS）和小區(qū)專用參考信號（CRS）［14］，小小區(qū)密集部署的場景下，SS和CRS會受到很強的鄰近小區(qū)干擾，為了滿足性能要求需要采用較長的周期獲取更多個采樣信號。

未來可能用到的發(fā)現(xiàn)信號（DRS）：同步信號（PSS/SSS）、小區(qū)專用參考信號（CRS）、位置參考信號（PRS）、信道狀態(tài)信息參考信號（CSI-RS）、伴隨參考信號、以及結(jié)合了消躁和干擾消除技術(shù)的以上參考信號、或者多種參考信號的聯(lián)合應用［15］。

消躁（muting）指發(fā)現(xiàn)信號間隔傳輸如圖4所示，因為一個小小區(qū)簇中所有小小區(qū)均同步，所以小區(qū)發(fā)送的發(fā)現(xiàn)信號會完全重合在一起，造成很強的干擾，如果小小區(qū)間隔傳輸發(fā)現(xiàn)信號那就有效的消除了干擾，提高了發(fā)信信號信噪比（SINR）。UE為實現(xiàn)更好的檢測性能需要網(wǎng)絡層進行配置間隔傳輸模式，當輔助信息把間隔模式傳給UE時，UE的檢測性能將大幅提升。

圖4　發(fā)現(xiàn)信號間隔傳輸

干擾消除［16，17］指UE進行小小區(qū)發(fā)現(xiàn)時，檢測到最強的小小區(qū)并建立時頻同步和估計出信道矩陣，之后去除最強小區(qū)的影響進行迭代，依次發(fā)現(xiàn)次強小區(qū)等等。

5　結(jié)束語

Smallcell作為一種新技術(shù)在消除信號盲區(qū)和分流宏基站業(yè)務壓力，以及提高網(wǎng)絡吞吐量等方面起到極其重要的作用，smallcell快速有效的發(fā)現(xiàn)能夠更好的支持小小區(qū)關(guān)斷技術(shù)研究和綠色通信。

本文詳細介紹了小小區(qū)發(fā)現(xiàn)的可能機制和發(fā)現(xiàn)信號的特點，以及發(fā)現(xiàn)信號設(shè)計的考慮因素，為以后小小區(qū)發(fā)現(xiàn)研究做一定的參考。

1 3GPP TR 36.872 V12.1.0， Tech. Spec. GroupRadioAccess Network， “Small Cell Enhancements for E-UTRA and E-UTRAN — Physical Layer Aspects” Rel. 12

2 3GPP TR 36.842 V12.0.0， Tech. Spec. GroupRadioAccess Network， “Study on Small Cell Enhancements for E-UTRA and E-UTRAN — High Layer Aspects” Rel. 12

3 3GPP TR 36.932 V12.1.0， Tech. Spec. GroupRadioAccess Network， “Scenarios and requirements for small cell enhancements for E-UTRA and E-UTRAN” Rel. 12

4 3GPP TR 36.211 V11.6.0， Tech. Spec. GroupRadioAccess Network， “Physical channels and modulation” Rel. 11

5 A. Prasad， P. Lunden， O. Tirkkonen and C. Wijting， "Energy-Efficient Flexible Inter-Frequency Scanning Mechanism for Enhanced Small Cell Discovery，" Vehicular Technology Conference （VTC Spring）， 2013 IEEE 77th， Dresden， 2013，pp. 1-5

6 L. Hamza and C. Nerguizian， "Neural network and fingerprinting-based localization in dynamic channels，" Intelligent Signal Processing， 2009. WISP 2009. IEEE International Symposium on， Budapest， 2009， pp. 253-258.

7 Prasad， P. Lunden， O. Tirkkonen and C. Wijting， "Energy Efficient Small-Cell Discovery Using Received Signal Strength Based Radio Maps" Vehicular Technology Conference （VTC Spring）， 2013 IEEE 77th， Dresden， 2013，pp. 1-5

8 L. Shi and T. Wigren， "AECID Fingerprinting Positioning Performance，" Global Telecommunications Conference， 2009. GLOBECOM 2009. IEEE， Honolulu， HI， 2009， pp. 1-6

9 S. C. Jha， M. Gupta， A. T. Koc and R. Vannithamby， "On the impact of small cell discovery mechanisms on device power consumption over LTE networks，" Communications and Networking （BlackSeaCom）， 2013 First International Black Sea Conference on， Batumi， 2013， pp. 116-120

10 G. Gougeon， M. Brau， L. Maviel and Y. Lostanlen， "Energy Efficiency of Heterogeneous Network Using On/Off Small Cells in Real Large Scale Environment，" Vehicular Technology Conference （VTC Spring）， 2015 IEEE 81st，Glasgow， 2015， pp. 1-5

11 林雁，樂光新，尹長川，LTE小區(qū)搜索中循環(huán)前綴類型判決和輔同步信號檢測算法的改進吉林大學學報，2012年第2期

12 成李娜，LTE-A中異構(gòu)網(wǎng)的小區(qū)搜索和下行同步過程的研究，北京郵電大學，2013

13 汪耀軍，LTE-A異構(gòu)網(wǎng)中的小區(qū)選擇與重選，北京郵電大學，2011

14H. L. M??tt?nen， M. Kuusela， M. Lampinen， T. Chen and J. Ojala， "Discovery signal design and measurements for small cell DTX in Release 12 LTE，" Globecom Workshops （GC Wkshps）， 2014， Austin， TX， 2014， pp. 674-680

15H. Harada， S. Nagata， Y. Kishiyama and H. Ishii， "Efficient small cell discovery mechanism exploiting network synchronization and assistance for future radio access networks，" 2014 11th International Symposium on Wireless Communications Systems （ISWCS）， Barcelona， 2014， pp. 675-679

16杜忠濤，解志斌，兩層異構(gòu)網(wǎng)絡中基于分簇DIA的干擾消除算法.微電子學與計算機，2015

17王振，李貴永，smallcell發(fā)現(xiàn)技術(shù)的研究分析，2015，41（12）：15-17，21

18王赟，汪晉寬，解志斌，基于迭代最小二乘的按序串行干擾消除MIMO判決反饋算法，系統(tǒng)仿真學報，2009

10.3969/j.issn.1006-6403.2016.06.018

LTE-Advance MIMO矢量分析儀 編號：2015ZX03001010-003。

（2016-06-01）