5G超密集組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃技術(shù)淺析

康小惠

摘 要：未來第五代移動通信技術(shù)（5th-Generation，5G）網(wǎng)絡(luò)的部署將使用高頻段，為了能夠保證熱點(diǎn)高容量區(qū)域的高峰值速率、高流量密度以及用戶體驗(yàn)，基站的間距會進(jìn)一步縮小。因此，在5G熱點(diǎn)和大容量區(qū)域的規(guī)劃部署中，將采用宏微異構(gòu)的超密集組網(wǎng)。

關(guān)鍵詞：5G;規(guī)劃部署;超密集組網(wǎng)

1. 引言

隨著5G網(wǎng)絡(luò)的提出和推進(jìn)，衍生出了各種各樣的新型業(yè)務(wù)，給人們帶來便利的同時，也極大的豐富了人們的生活，提高了生活的質(zhì)量。

目前產(chǎn)業(yè)界就5G網(wǎng)絡(luò)的總體要求已經(jīng)達(dá)成共識，主要包括更高的數(shù)據(jù)流量和用戶體驗(yàn)速率、海量終端連接以及更低時延、更高可靠性等[1]。為了應(yīng)對未來5G網(wǎng)絡(luò)的大數(shù)據(jù)流量和高用戶速率，主要通過提高頻率利用率，增加帶寬，針對室內(nèi)外重點(diǎn)區(qū)域覆蓋考慮小基站集中部署和宏微異構(gòu)超密集組網(wǎng)。

2. 超密集組網(wǎng)規(guī)劃原則

2.1.科學(xué)性原則

在5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計(jì)中，超密集組網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)要充分體現(xiàn)科學(xué)性的原則，充分考慮到5G超密集組網(wǎng)的定位、職能和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)內(nèi)容，才能有效保證超密集組網(wǎng)滿足5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)要求。在科學(xué)理論的指導(dǎo)下，遵循科學(xué)決策程序，運(yùn)用科學(xué)思維，依靠當(dāng)代5G技術(shù)運(yùn)行方式和條件，保證5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)中超密集組網(wǎng)的科學(xué)高效實(shí)現(xiàn)。

2.2.實(shí)用性原則

為了適應(yīng)5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)涉及到多種多樣的行業(yè)領(lǐng)域，所包含的信息量極大的現(xiàn)實(shí)問題，確保在5G超密集組網(wǎng)的在規(guī)劃設(shè)計(jì)中有效應(yīng)用，充分考慮超密集組網(wǎng)的兼容性，衰減復(fù)雜冗余環(huán)節(jié)對5G超密集組網(wǎng)維護(hù)活動的不利影響。因此，提升5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃部署的設(shè)計(jì)水平和質(zhì)量，有必要簡化超密集組網(wǎng)及相關(guān)技術(shù)應(yīng)用的流程，提高5G規(guī)劃設(shè)計(jì)中超密集組網(wǎng)的實(shí)際心梗，降低實(shí)施難度，縮短建設(shè)運(yùn)行周期，保證5G組網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的整體質(zhì)量。

3. 超密集組網(wǎng)的挑戰(zhàn)性

超密集組網(wǎng)隨著小小區(qū)數(shù)量上升，站間距減小，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋸?fù)雜，在一定程度上使網(wǎng)絡(luò)效能降低，用戶接收有用信號的同時來自其他基站的干擾也急劇增加，如果不能妥善處理或抑制這些基站之間的相互干擾，那么，系統(tǒng)容量很難提升。同時，考慮到宏小區(qū)與小小區(qū)通常共用同一個頻段，因此，小小區(qū)的用戶會受到宏小區(qū)信號干擾。可見超密集組網(wǎng)使5G成為一個干擾受限系統(tǒng)，因此有效抑制鄰近基站干擾是超密集組網(wǎng)必須面對的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

4. 超密集組網(wǎng)的應(yīng)對措施

從上面的分析可知，為了有效抑制鄰近基站干擾，需要控制基站的覆蓋范圍、協(xié)調(diào)宏微小區(qū)的配合、協(xié)調(diào)管理小小區(qū)。

4.1.自組織網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)覆蓋與容量最佳化

超密集組網(wǎng)中鄰近基站會有不同程度的干擾，故每個基站的發(fā)射功率大小、天線波束方向，不僅會決定自身的覆蓋范圍，還會影響鄰近基站或其用戶受到干擾的大小。因此如何設(shè)定基站的發(fā)射功率與天線波束方向，使該基站的吞吐量最大化，減少干擾，也就是說，要達(dá)到基站容量和覆蓋最佳。

第三代合作伙伴計(jì)劃（3GPP）提出了自組織網(wǎng)絡(luò)（SON）技術(shù)，旨在完成小小區(qū)的部署，以實(shí)現(xiàn)覆蓋與容量最佳化[1]。其配置過程如下：

1） 首先每個被啟動的小小區(qū)會將它所在的位置告知自組織網(wǎng)絡(luò)的中心服務(wù)器 （SONServer）。

2） SONServer根據(jù)基站覆蓋與容量最佳化的原則計(jì)算每個被啟動的小小區(qū)的發(fā)射功率和波束方向圖。

3） SONServer根據(jù)計(jì)算結(jié)果遠(yuǎn)端設(shè)定每個小小區(qū)的發(fā)射功率和波束方向圖，完成小小區(qū)的配置。

超密集組網(wǎng)使得小小區(qū)數(shù)量極大，自組織網(wǎng)絡(luò)通過基站覆蓋與網(wǎng)絡(luò)容量最佳化的算法，保證了覆蓋，提升了容量，同時也降低了部署的難度。

4.2.小區(qū)覆蓋擴(kuò)展和幾乎空白子幀技術(shù)進(jìn)行宏微小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)

超密集組網(wǎng)使得5G成為一個宏微小區(qū)共存的異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，宏小區(qū)負(fù)責(zé)廣域覆蓋，小小區(qū)則用來補(bǔ)盲或補(bǔ)忙，可以提升容量，完成深度覆蓋，提高吞吐量。不過，在異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)中面臨著兩個常見問題：其一用戶應(yīng)該被哪一個基站來服務(wù)，使得每一個基站均能提供最佳的服務(wù)效率;二是如何抑制干擾。

4.2.1.小區(qū)覆蓋擴(kuò)展解決服務(wù)基站的選擇問題

由于宏微小區(qū)發(fā)射功率差異大，故在宏微小區(qū)同時覆蓋的區(qū)域中，終端會傾向于選擇宏基站，這樣限制了微基站的分流效果，為此引入了小區(qū)覆蓋擴(kuò)展（Cell Range Expansion， CRE）技術(shù)。CRE的工作原理：宏基站設(shè)置一個終端接入偏置門限，僅當(dāng)微基站的信號強(qiáng)度低于宏基站預(yù)設(shè)的偏置門限，終端接入宏基站，很大程度上擴(kuò)大了微基站的覆蓋范圍，通過CRE技術(shù)達(dá)到分流效果。由于小小區(qū)半徑小，用戶到宏小區(qū)的路損大于到微小區(qū)的路損，所以用戶上行性能相對變好;不過，由于宏基站功率大，如果用戶處于小小區(qū)邊緣，宏基站的干擾可能使用戶信噪比變差，下行甚至無法工作。因此，為了獲得最大的CRE增益，保證整個網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍和業(yè)務(wù)性能，有必要結(jié)合幾乎空白子幀（Almost Blank Subframe， ABS）技術(shù)來消除干擾。

4.2.2.幾乎空白子幀技術(shù)抑制宏小區(qū)的干擾

幾乎空白子幀的意思是宏小區(qū)在傳送下行信號的多個子幀中，部分子幀是保持關(guān)閉或者安靜的狀態(tài)（幾乎空白）。在幾乎空白的子幀中，宏小區(qū)不會傳送數(shù)據(jù)，只是傳送蜂窩網(wǎng)專用識別信號，但依然可以利用非幾乎空白子幀（Non-ABS）來傳送數(shù)據(jù);而小小區(qū)不同于宏小區(qū)的地方就是，它仍可以選擇在幾乎空白子幀中傳送下行數(shù)據(jù)，得以減少小小區(qū)的用戶收到的干擾，達(dá)到了提升用戶的吞吐量的目的。

此干擾協(xié)調(diào)技術(shù)的步驟如下：

1）提供宏小區(qū)中哪些子幀中設(shè)置為幾乎空白子幀。

2）通過小小區(qū)和用戶測量數(shù)據(jù)，獲得網(wǎng)絡(luò)干擾的具體情況。

3）依托于網(wǎng)絡(luò)干擾的狀況以及子幀模式，調(diào)整小小區(qū)ABS配置。

4）根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的改變，即時調(diào)整ABS配置。

為了減少小小區(qū)的干擾，在數(shù)據(jù)傳送過程中，宏小區(qū)設(shè)置部分子幀作為幾乎空白子幀，小小區(qū)依托于超密集組網(wǎng)的ABS配置來傳送數(shù)據(jù)，達(dá)到降低小小區(qū)邊緣用戶收到信號干擾的目的。同時，除了考慮到邊緣用戶接收信號質(zhì)量優(yōu)化的問題，也要考慮提升整體網(wǎng)絡(luò)吞吐量的問題，根據(jù)整體網(wǎng)絡(luò)的狀況，集中式超密集組網(wǎng)系統(tǒng)服務(wù)器可以動態(tài)調(diào)整ABS的配置。

4.3.MIMO技術(shù)與超密集組網(wǎng)

超密集組網(wǎng)系統(tǒng)服務(wù)器通過協(xié)調(diào)多個基站的天線合作，提升基站邊緣用戶收到的信號質(zhì)量，提高超密集組網(wǎng)系統(tǒng)的整體有效機(jī)能，而我們說的MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）技術(shù)即多輸入多輸出技術(shù)，也就是將多輸入多輸出技術(shù)融入?yún)f(xié)調(diào)多基站合作中，也就說密集布署的多基站合成多天線超級大基站，因此MIMO技術(shù)已被列為5G的重要發(fā)展技術(shù)之一。

5. 小結(jié)

超密集組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃作為5G超密集網(wǎng)的一項(xiàng)關(guān)鍵內(nèi)容，今后還需要對網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃做更進(jìn)一步的研究，將超密集組網(wǎng)落實(shí)到5G的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和設(shè)計(jì)中，使其更好的為人們服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1]姚美菱，吳蓬勃，張星，孫群中，孫青華.5G超密集組網(wǎng)的必然性和挑戰(zhàn)性分析[N].電信快報，2019（1）.

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