小小區(qū)增強(qiáng)物理層技術(shù)

范霄 安華為技術(shù)有限公司高級(jí)工程師

夏媛 華為技術(shù)有限公司高級(jí)工程師

閆志宇 華為技術(shù)有限公司高級(jí)工程師

鄭娟 華為技術(shù)有限公司高級(jí)工程師

小小區(qū)增強(qiáng)物理層技術(shù)

范霄 安華為技術(shù)有限公司高級(jí)工程師

夏媛 華為技術(shù)有限公司高級(jí)工程師

閆志宇 華為技術(shù)有限公司高級(jí)工程師

鄭娟 華為技術(shù)有限公司高級(jí)工程師

小小區(qū)物理層技術(shù)旨在提升頻譜效率、優(yōu)化運(yùn)營(yíng)效率，具體技術(shù)包括引入高階調(diào)制方式、小區(qū)開(kāi)關(guān)和小區(qū)發(fā)現(xiàn)等?？湛陂g同步技術(shù)作為GNNS或1588等同步技術(shù)的補(bǔ)充，可以使小站以較低成本實(shí)現(xiàn)同步。

小小區(qū) 高階調(diào)制 小區(qū)開(kāi)關(guān) 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(yīng)對(duì)爆炸式的移動(dòng)業(yè)務(wù)增長(zhǎng)需求的一個(gè)有效途徑，在熱點(diǎn)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(lái)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(wù)的UE數(shù)量比較小。在部署密度不大或者業(yè)務(wù)負(fù)載不高的時(shí)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(diào)制方式提供了基礎(chǔ)。256QAM成為了小小區(qū)頻譜效率提升的重要技術(shù)。

小小區(qū)服務(wù)的UE數(shù)量少，且變化比宏區(qū)快。研究表明，根據(jù)業(yè)務(wù)負(fù)載來(lái)調(diào)整小小區(qū)的開(kāi)啟和關(guān)閉可以有效地提高網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)效率，節(jié)省資源。小區(qū)發(fā)現(xiàn)和快速的小小區(qū)開(kāi)關(guān)都是物理層增強(qiáng)的重要技術(shù)。

TDD制式在較高頻段具有一定的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。這些頻段又適合部署小小區(qū)。TDD系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)同步有嚴(yán)格的要求。在不方便通過(guò)衛(wèi)星或者有線方式進(jìn)行同步的情況下，通過(guò)空口進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)同步具有靈活且成本低的優(yōu)勢(shì)。隨著一些精細(xì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同技術(shù)的引入，比如增強(qiáng)的干擾協(xié)調(diào)（eICIC、FeICIC）、干擾消除、CoMP等，F(xiàn)DD的系統(tǒng)也有了對(duì)同步的需求。小小區(qū)空口同步增強(qiáng)成為了一個(gè)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(nèi)（或外）使用同頻（F1）或者異頻（F2）進(jìn)行部署，這一部署場(chǎng)景包括了4種子場(chǎng)景（見(jiàn)圖2）。

圖1 小小區(qū)增強(qiáng)針對(duì)的應(yīng)用場(chǎng)景

2 小小區(qū)增強(qiáng)場(chǎng)景在研究中的分類

圖1給出了所有適用場(chǎng)景的一個(gè)共性描述，即成

Scenario 1的特點(diǎn)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(nèi)較為密集，密度大概為每簇4～10個(gè)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(nèi)。

Scenario 3和Scenario 2b類似，差別在于：

圖2 用于研究的重點(diǎn)應(yīng)用場(chǎng)景分類

●Scenario 3中無(wú)宏區(qū)覆蓋，小小區(qū)孤立布放。

●Scenario3中除了室內(nèi)密集的小基站布放，還需要考慮稀疏布放的場(chǎng)景（每簇只包括2個(gè)小基站）。

3 頻譜效率增強(qiáng)——下行高階調(diào)制

在小小區(qū)增強(qiáng)技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)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(diào)制方案。本章將從鏈路級(jí)和系統(tǒng)級(jí)的角度評(píng)估256QAM的潛在增益。

（1）256QAM鏈路級(jí)評(píng)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(jīng)歷與有用信號(hào)相同的多徑信道，而在收端引入的EVM在頻域上是平坦的。當(dāng)發(fā)端EVM為4%時(shí)，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(shí)，256QAM的增益會(huì)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(jiàn)隨著收端EVM的下降，256QAM的性能急劇增加，收端EVM為2%時(shí)除外；256QAM可以提供大約15%的增益，收端EVM為3%時(shí)除外；256QAM可以提供大約7%的增益。實(shí)際上，考慮到已識(shí)別出的影響因素，在UE側(cè)可實(shí)現(xiàn)的EVM可以低至2%～3%。并且，由于256QAM是小小區(qū)的一個(gè)新特性，對(duì)于某些類型的UE采用新設(shè)計(jì)以降低收端EVM是可能的。因此，可預(yù)計(jì)將來(lái)能實(shí)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(jí)評(píng)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(shí)256QAM在系統(tǒng)級(jí)評(píng)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(shè)為4%，宏小區(qū)的發(fā)端EVM假設(shè)為8%。從圖中還可以看出，在室內(nèi)和室外場(chǎng)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(dòng)態(tài)小區(qū)開(kāi)關(guān)等技術(shù)時(shí)，256QAM的增益將被進(jìn)一步提高。

根據(jù)所有的評(píng)估和分析結(jié)果，可以看出256QAM在小小區(qū)場(chǎng)景下可以取得顯著的增益。

4 運(yùn)營(yíng)效率提升——小區(qū)開(kāi)關(guān)和小區(qū)發(fā)現(xiàn)

小小區(qū)在無(wú)業(yè)務(wù)傳輸?shù)那闆r下可以關(guān)閉、停止信號(hào)發(fā)送（包括公共導(dǎo)頻信號(hào)和廣播信道等），以減少對(duì)于鄰區(qū)的干擾，以提升整體網(wǎng)絡(luò)效率。多種不同的小小區(qū)動(dòng)態(tài)和半靜態(tài)開(kāi)關(guān)方案如下：

●基線方案，沒(méi)有任何開(kāi)關(guān)。

●半靜態(tài)開(kāi)關(guān)方案。

●理想動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)方案。

●周期性減少CRS的方案。

與半靜態(tài)開(kāi)關(guān)方案相比，根據(jù)業(yè)務(wù)負(fù)載動(dòng)態(tài)地進(jìn)行小區(qū)開(kāi)關(guān)可以獲得更大的增益。理想的動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)方案提供了小區(qū)開(kāi)關(guān)的一個(gè)增益上限。周期性減少CRS的方案也可以被看作是一種動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)的方案。然而，更動(dòng)態(tài)的小區(qū)開(kāi)關(guān)方案對(duì)現(xiàn)有協(xié)議的改動(dòng)相對(duì)更多，受限于LTE R12的時(shí)間窗和工作負(fù)載等因素，此項(xiàng)技術(shù)暫時(shí)還沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)化。

在允許小小區(qū)半靜態(tài)開(kāi)關(guān)的網(wǎng)絡(luò)中，UE主動(dòng)發(fā)現(xiàn)關(guān)閉的小小區(qū)上報(bào)給網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)負(fù)載干擾等情況決定是否打開(kāi)這些關(guān)閉的小區(qū)為UE服務(wù)。用于發(fā)現(xiàn)小區(qū)的參考信號(hào)稱作DRS（Discovery RS），在小區(qū)關(guān)閉的狀態(tài)下，仍然會(huì)周期性地發(fā)送DRS供UE檢測(cè)和發(fā)現(xiàn)小區(qū)使用。DRS包括同步信號(hào)（Synchronization Signal）和公共參考信號(hào)（Common Reference Signal），還可以包括信道狀態(tài)參考信號(hào)（CSI-RS）。UE根據(jù)網(wǎng)絡(luò)配置的周期檢測(cè)DRS，上報(bào)信道質(zhì)量，供網(wǎng)絡(luò)決策。

5 空口同步增強(qiáng)

在小小區(qū)增強(qiáng)的技術(shù)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(biāo)小區(qū)。在一個(gè)小小區(qū)簇內(nèi)，可能包括多個(gè)源小區(qū)，并且如果簇內(nèi)的所有目標(biāo)小區(qū)不能夠從相同的源小區(qū)獲取同步，那么在該簇內(nèi)，就需要實(shí)現(xiàn)多跳同步。基于空口同步解決方案的研究包括以下幾個(gè)方面：

●可以獲得的同步精度。

●資源開(kāi)銷。

●與其他技術(shù)之間的兼容性，例如小小區(qū)開(kāi)關(guān)等。

●對(duì)協(xié)議的影響。

網(wǎng)絡(luò)偵聽(tīng)是網(wǎng)絡(luò)空口同步的重要技術(shù)。目標(biāo)小區(qū)通過(guò)監(jiān)聽(tīng)源小區(qū)發(fā)送的網(wǎng)絡(luò)偵聽(tīng)參考信號(hào)，例如公共參考信號(hào)（Common Reference Signal）和定位參考信號(hào)（Positioning Reference Signal），直接和源小區(qū)保持同步。圖6為網(wǎng)絡(luò)偵聽(tīng)結(jié)構(gòu)圖，當(dāng)目標(biāo)小區(qū)和源小區(qū)同頻或者鄰頻部署時(shí)，目標(biāo)小區(qū)在檢測(cè)源小區(qū)時(shí)需要停止數(shù)據(jù)發(fā)送。

在增強(qiáng)的同步技術(shù)中，允許OAM為網(wǎng)絡(luò)配置用于空口同步的參考信號(hào)，即偵聽(tīng)信號(hào)的類型、周期和偏置。互相干擾的小區(qū)之間可以通過(guò)對(duì)OAM信號(hào)的解析或者通過(guò)S1口信息交互，來(lái)決定靜默干擾源的傳輸，提高偵聽(tīng)質(zhì)量。運(yùn)營(yíng)商通過(guò)OAM為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)配置偵聽(tīng)信號(hào)，可以將全網(wǎng)的偵聽(tīng)信號(hào)統(tǒng)一配置，減少偵聽(tīng)時(shí)隙，降低開(kāi)銷。對(duì)于鄰頻部署的TDD網(wǎng)絡(luò)，兩個(gè)運(yùn)營(yíng)商可以通過(guò)協(xié)商OAM配置參數(shù)來(lái)協(xié)同空口同步。

圖6 網(wǎng)絡(luò)偵聽(tīng)結(jié)構(gòu)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）