淺談HetNet組網(wǎng)

［周芳梅］

淺談HetNet組網(wǎng)

［周芳梅］

HetNet 關(guān)鍵技術(shù) 組網(wǎng)設(shè)計(jì)

周芳梅

畢業(yè)于北京交通大學(xué)通信工程專業(yè)學(xué)士，現(xiàn)就職于廣東南方電信規(guī)劃咨詢設(shè)計(jì)院有限公司，助理工程師，主要從事無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、設(shè)計(jì)工作。

1 HetNet的概念

LTE在3GPP R10協(xié)議中，引入了HetNet（Heterogeneous Network，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)），指采取分層組網(wǎng)，在宏小區(qū)的廣度覆蓋下布放LPN（Low Power Node，低功率節(jié)點(diǎn)）進(jìn)行深度覆蓋的組網(wǎng)方式［1］，即通過采用宏蜂窩（marco cell）、射頻拉遠(yuǎn)（RRH）及低功率節(jié)點(diǎn)（如微微小區(qū)（pico cell）、家庭基站（home eNodeB，HeNB）、中繼（relay node，RN）等）進(jìn)行分層組網(wǎng)［2］，提高了鏈路數(shù)據(jù)速率，有效實(shí)現(xiàn)了高數(shù)據(jù)流量、高密度的熱點(diǎn)區(qū)域覆蓋。圖1是LTE HetNet的簡單示意。

（1）宏蜂窩在LTE中也稱作為eNode B（增強(qiáng)型節(jié)點(diǎn)）。傳統(tǒng)的宏蜂窩主要由宏基站組成，發(fā)送功率可達(dá)46dBm，覆蓋面積大，可達(dá)幾千米，能為上千用戶提供相應(yīng)服務(wù)。

圖1 LTE HetNet

（2）微微蜂窩屬于比較低的功率節(jié)點(diǎn)，和宏蜂窩的接入特性相似。其一般由運(yùn)營商安裝，對于宏蜂窩覆蓋不足的區(qū)域可以提高一定的室內(nèi)外容量。發(fā)射功率一般為23～30dBm左右，可為幾十個用戶提供服務(wù)。

（3）家庭基站，在2G、3G網(wǎng)絡(luò)中被定義為femtocell，到了LTE階段則被稱為HeNB，屬于低功率節(jié)點(diǎn)［1］。一般由用戶自行安裝，并通過Internet和標(biāo)準(zhǔn)的IP將數(shù)據(jù)通過公網(wǎng)回程傳輸?shù)揭苿雍诵木W(wǎng)，回程鏈路則可利用用戶的家庭寬帶（如電纜、光纖或DSL等）來連接，服務(wù)于企業(yè)或者家庭的小范圍活動用戶。

（4）中繼技術(shù)，是在基站與移動端之間增加一個或多個中繼節(jié)點(diǎn)，通過無線連接到其歸屬的eNode B小區(qū)，負(fù)責(zé)對無線信號進(jìn)行一次或者多次的轉(zhuǎn)發(fā)，即無線信號要經(jīng)過多跳才能到達(dá)移動臺。

（5）射頻拉遠(yuǎn)是將基帶信號轉(zhuǎn)成光信號傳送，而后在遠(yuǎn)端放大的一種技術(shù)。傳統(tǒng)的基站采用在機(jī)架內(nèi)進(jìn)行射頻調(diào)制，用射頻電纜將射頻信號拉遠(yuǎn)至天面后連接功放單元及智能天線。該技術(shù)使得室內(nèi)處理單元和室外無線天饋系統(tǒng)進(jìn)行了有效分離，并且能夠進(jìn)行單獨(dú)設(shè)置，改善了信號難以到達(dá)區(qū)域的覆蓋質(zhì)量。

除此之外，HetNet還可能包含WiFi、用戶直連通信、分布式天線系統(tǒng)等，在此不再詳述。

2 HetNet組網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1小區(qū)協(xié)同

在HetNet組網(wǎng)中，通過宏蜂窩小區(qū)與微小區(qū)之間的協(xié)同可以獲得較高的協(xié)調(diào)增益，提升網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的容量和吞吐量，提高頻譜資源的利用率，對無線網(wǎng)絡(luò)的整體性能產(chǎn)生積極的影響，也讓用戶獲得更好的體驗(yàn)。

在小區(qū)選擇方面，宏蜂窩小區(qū)因其發(fā)射功率高而下行信號強(qiáng)，微小區(qū)則因距離比較近而上行信號強(qiáng)（如圖2短劃線所標(biāo)識的區(qū)域）。微小區(qū)距離宏基站位置不同，其覆蓋面積和容量提升效率也不同，故運(yùn)營商在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)部署時，一般會優(yōu)先將微小區(qū)放置于宏小區(qū)RSRP較低的區(qū)域，同時通過選擇設(shè)備掛高點(diǎn)、使用定向天線、降低發(fā)射功率等方式來調(diào)整微小區(qū)的覆蓋范圍。此外，微宏小區(qū)之間甚至是微小區(qū)之間，都盡量利用室內(nèi)墻體、樓板、建筑物外墻等進(jìn)行物理隔離。這與小區(qū)之間獨(dú)立且無協(xié)同的分層結(jié)構(gòu)對比，有著更大的優(yōu)勢。

2.2 高性能回傳

圖2 HetNet的小區(qū)選擇

對于多標(biāo)準(zhǔn)無線部署的HetNet組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，比如TDSCDMA 、LTE和WiFi等，都對回傳有著越來越大的需求。傳統(tǒng)回傳方案包括光纖、雙絞線、以太網(wǎng)線、電纜和微波等。當(dāng)站點(diǎn)具備有線回傳時，理所當(dāng)然的優(yōu)先選擇有線回傳。

當(dāng)站點(diǎn)不具備有線回傳時，將會考慮進(jìn)行無線回傳。無線回傳相對來說部署靈活，但與有線回傳相比可靠性較低，比如通過具有無線傳播能力的微波、TD-LTE、WiFi等回傳。常規(guī)頻段的微波（6-42GHz）適用于大多數(shù)場景下的無線回傳，V-Band（60GHz）和E-Band微波（80GHz）是高頻段微波，具有大容量、頻譜費(fèi)用低和適合密集部署的特點(diǎn)，在短距高帶寬小基站部署場景下，有突出的成本優(yōu)勢；在有2.6G/3.5G TDD頻譜，非視距（Non Line of Sight，NLOS）、一點(diǎn)到多點(diǎn)（Point-to-Multipoint，P2MP）的情況下，可考慮TD-LTE回傳方式，也可采用Sub-6GHz頻段微波實(shí)現(xiàn)非視距回傳；在以數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主的低成本部署場景中，可采用WiFi回傳［3］。

如何解決回傳問題已經(jīng)成為網(wǎng)絡(luò)部署的主要挑戰(zhàn)之一，這就需要在數(shù)據(jù)傳輸中選擇一種正確、可靠的回傳方案，讓無線網(wǎng)絡(luò)不因回傳問題而影響速率，也讓無線信號在回傳后依然保持較高的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。

2.3 網(wǎng)絡(luò)自組織

網(wǎng)絡(luò)自組織（Self-Organized Network，SON）主要由運(yùn)營商提出，包括自配置、自優(yōu)化和自治愈三個特性，該特性能更好地適應(yīng)HetNet組網(wǎng)結(jié)構(gòu)的扁平化和靈活性，有效的管理大量不同節(jié)點(diǎn)，減少運(yùn)營商對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行操作維護(hù)的人工成本。

（1）自配置指對新部署的eNodeB通過自動安裝過程進(jìn)行配置，從而獲取必要的配置信息和系統(tǒng)操作，主要包括站點(diǎn)位置的智能選擇、軟件和配置文件的自動下載和更新、自動配置檢查和存量更新、自動測試等功能。其從設(shè)備安裝上電到用戶設(shè)備能夠正常接入進(jìn)行業(yè)務(wù)操作，可在很少或者完全沒有工程人員干預(yù)的前提下完成。它簡化了新站開通調(diào)測流程，減少了人為干預(yù)環(huán)節(jié)，降低了對工程施工人員的要求，目標(biāo)是做到即插即用，真正降低開站難度從而減少運(yùn)維成本。

（2）自優(yōu)化主要包括干擾協(xié)調(diào)、物理信道的自優(yōu)化、隨機(jī)接入信道優(yōu)化、準(zhǔn)入控制參數(shù)優(yōu)化、擁塞控制參數(shù)優(yōu)化、分組調(diào)度參數(shù)優(yōu)化、鏈路層重發(fā)方案優(yōu)化、覆蓋間隙偵測、切換參數(shù)優(yōu)化、負(fù)載均衡、家庭eNodeB的自優(yōu)化等。其根據(jù)終端用戶設(shè)備和基站eNode B的性能測量等網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀況，對網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行自我調(diào)整優(yōu)化，以達(dá)到提高網(wǎng)絡(luò)性能和質(zhì)量和減少網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化成本的目的。

（3）自治愈，顧名思義，指網(wǎng)絡(luò)問題的自我治愈，功能主要包括小區(qū)停用預(yù)測、小區(qū)停用偵測、小區(qū)停用補(bǔ)償?shù)?。該功能通過對系統(tǒng)告警和性能的檢測發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)問題，并自檢測定位，部分或者全部消除問題，最終實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和用戶感受的最小化影響。

3 HetNet組網(wǎng)的設(shè)計(jì)規(guī)劃

HetNet組網(wǎng)設(shè)計(jì)的有效方法，包括提升、加強(qiáng)和增加移動寬帶的基礎(chǔ)設(shè)施，同時引入一體化小基站。

（1）提升現(xiàn)有宏蜂窩小區(qū)的性能：通過在基站建設(shè)中選擇更先進(jìn)更智能的天線來進(jìn)行系統(tǒng)分布，通過宏微協(xié)同提高頻譜資源的利用率，通過選擇不同的回傳方式來提高數(shù)據(jù)的傳輸速率，同時綜合多天線、多載波、多扇區(qū)和高階調(diào)制等技術(shù)，使無線網(wǎng)絡(luò)更加的高效和可靠，確保用戶能夠始終如一的享受無線網(wǎng)絡(luò)帶來的高品質(zhì)體驗(yàn)。

（2）加強(qiáng)密集化的宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)：傳統(tǒng)的宏蜂窩小區(qū)往往存在通信質(zhì)量差的陰影區(qū)和業(yè)務(wù)繁忙區(qū)，主要由于電波在傳播過程中遇到障礙物和傳播空間負(fù)荷分布不均勻造成。目前依靠對小區(qū)進(jìn)行分裂以及適當(dāng)?shù)慕ㄔO(shè)直放站等辦法來加強(qiáng)宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)的密集化覆蓋，從而來減少陰影區(qū)和業(yè)務(wù)繁忙區(qū)帶來的信號問題。

然而不能無限制地分裂宏蜂窩小區(qū)和設(shè)置直放站，因?yàn)橥枰ㄟ^犧牲容量來提高通信質(zhì)量，而網(wǎng)絡(luò)覆蓋的擴(kuò)大又會導(dǎo)致通信質(zhì)量的下降。因此需要通過增加微小區(qū)以及室內(nèi)覆蓋（比如WiFi）等方式來彌補(bǔ)宏蜂窩覆蓋的不足。

（3）增加微小區(qū)：微小區(qū)技術(shù)是為了補(bǔ)充無線信號的覆蓋而發(fā)展起來的，其發(fā)射功率較小且基站天線安裝位置較低，既增加了業(yè)務(wù)密度，也在一定程度上減少了信號損耗。實(shí)際設(shè)計(jì)時，一般用于宏蜂窩小區(qū)覆蓋不到又有較大話務(wù)量的地鐵隧道等場景，或者話務(wù)量比較集中的商務(wù)樓等場景，以及話務(wù)量很高的商業(yè)街道等場景。通過這樣的設(shè)計(jì)，則可以分擔(dān)熱點(diǎn)區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的話務(wù)，提高單用戶的容量，提升宏蜂窩的網(wǎng)絡(luò)性能，保證覆蓋區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)速率，從而提升網(wǎng)絡(luò)的整體性能。

（4）一體化小基站

隨著大眾環(huán)保意識和防輻射意識的增強(qiáng)，站址選擇越來越困難，那么利用路燈桿、監(jiān)控桿或者掛墻等方式來部署基站，既安裝便捷又降低人工成本，越來越受到運(yùn)營商的青睞。根據(jù)不同場景的部署要求，小基站可將供電、傳輸、防雷等功能進(jìn)行拉遠(yuǎn)，然后小基站選擇單獨(dú)部署；也可對供電、傳輸、防雷等功能進(jìn)行集成。一體化小基站的外觀可采用球形或者方形，并進(jìn)行適當(dāng)美化，方便融合到周圍環(huán)境中。

在HetNet組網(wǎng)中，通過確定某區(qū)域是否需要增加站點(diǎn)、是否需要對宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行密集化建設(shè)以及是否需要對現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行改善等來規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)的覆蓋需求和未來需要滿足的容量。具體采用哪種方式來規(guī)劃建設(shè)則取決于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的小區(qū)密度、小區(qū)協(xié)同的能力及抗干擾能力、回傳的可靠性，取決于未來業(yè)務(wù)流量的預(yù)測和未來網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)速率的需求，也取決于每一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的技術(shù)支撐能力、建設(shè)的經(jīng)濟(jì)可行性。

4 結(jié)束語

HetNet組網(wǎng)較為復(fù)雜，本文著重論述了幾種關(guān)鍵技術(shù)，如小區(qū)協(xié)同、回傳、SON等，并從提升、加強(qiáng)和增加移動網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施、引入一體化小基站等角度提出了組網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)，讓更多人對未來無線網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)架構(gòu)有著更加清晰的認(rèn)識。隨著移動業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的爆發(fā)性增長，頻率資源和站址資源的日漸緊張，不同網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)間的干擾日益明顯，HetNet組網(wǎng)將成為移動無線網(wǎng)絡(luò)的長期發(fā)展趨勢。

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2016-08-22）

近來，隨著智能終端的豐富化以及移動互聯(lián)的高速發(fā)展，HetNet組網(wǎng)因其可以滿足不同熱點(diǎn)區(qū)域的覆蓋需求、有效提高無線網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率、大幅提升鏈路質(zhì)量和系統(tǒng)容量等優(yōu)點(diǎn)，而成為當(dāng)今研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。文章詳細(xì)分析了HetNet組網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，提出了組網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的有效方法，以期讓更多人對HetNet組網(wǎng)有更清晰的認(rèn)識。