5G超密集組網(wǎng)的網(wǎng)絡規(guī)劃技術淺析

康小惠

摘 要：未來第五代移動通信技術（5th-Generation，5G）網(wǎng)絡的部署將使用高頻段，為了能夠保證熱點高容量區(qū)域的高峰值速率、高流量密度以及用戶體驗，基站的間距會進一步縮小。因此，在5G熱點和大容量區(qū)域的規(guī)劃部署中，將采用宏微異構的超密集組網(wǎng)。

關鍵詞：5G;規(guī)劃部署;超密集組網(wǎng)

1. 引言

隨著5G網(wǎng)絡的提出和推進，衍生出了各種各樣的新型業(yè)務，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)絡的總體要求已經(jīng)達成共識，主要包括更高的數(shù)據(jù)流量和用戶體驗速率、海量終端連接以及更低時延、更高可靠性等[1]。為了應對未來5G網(wǎng)絡的大數(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)外重點區(qū)域覆蓋考慮小基站集中部署和宏微異構超密集組網(wǎng)。

2. 超密集組網(wǎng)規(guī)劃原則

2.1.科學性原則

在5G網(wǎng)絡規(guī)劃與設計中，超密集組網(wǎng)的實現(xiàn)要充分體現(xiàn)科學性的原則，充分考慮到5G超密集組網(wǎng)的定位、職能和網(wǎng)絡規(guī)劃設計內(nèi)容，才能有效保證超密集組網(wǎng)滿足5G網(wǎng)絡規(guī)劃設計要求。在科學理論的指導下，遵循科學決策程序，運用科學思維，依靠當代5G技術運行方式和條件，保證5G網(wǎng)絡規(guī)劃設計中超密集組網(wǎng)的科學高效實現(xiàn)。

2.2.實用性原則

為了適應5G網(wǎng)絡規(guī)劃設計涉及到多種多樣的行業(yè)領域，所包含的信息量極大的現(xiàn)實問題，確保在5G超密集組網(wǎng)的在規(guī)劃設計中有效應用，充分考慮超密集組網(wǎng)的兼容性，衰減復雜冗余環(huán)節(jié)對5G超密集組網(wǎng)維護活動的不利影響。因此，提升5G網(wǎng)絡規(guī)劃部署的設計水平和質(zhì)量，有必要簡化超密集組網(wǎng)及相關技術應用的流程，提高5G規(guī)劃設計中超密集組網(wǎng)的實際心梗，降低實施難度，縮短建設運行周期，保證5G組網(wǎng)規(guī)劃設計的整體質(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)絡拓撲復雜，在一定程度上使網(wǎng)絡效能降低，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)必須面對的嚴峻挑戰(zhàn)。

4. 超密集組網(wǎng)的應對措施

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)絡實現(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，要達到基站容量和覆蓋最佳。

第三代合作伙伴計劃（3GPP）提出了自組織網(wǎng)絡（SON）技術，旨在完成小小區(qū)的部署，以實現(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)絡的中心服務器 （SONServer）。

2） SONServer根據(jù)基站覆蓋與容量最佳化的原則計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)計算結果遠端設定每個小小區(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)絡通過基站覆蓋與網(wǎng)絡容量最佳化的算法，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)覆蓋擴展和幾乎空白子幀技術進行宏微小區(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，宏小區(qū)負責廣域覆蓋，小小區(qū)則用來補盲或補忙，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)絡中面臨著兩個常見問題：其一用戶應該被哪一個基站來服務，使得每一個基站均能提供最佳的服務效率;二是如何抑制干擾。

4.2.1.小區(qū)覆蓋擴展解決服務基站的選擇問題

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)覆蓋擴展（Cell Range Expansion， CRE）技術。CRE的工作原理：宏基站設置一個終端接入偏置門限，僅當微基站的信號強度低于宏基站預設的偏置門限，終端接入宏基站，很大程度上擴大了微基站的覆蓋范圍，通過CRE技術達到分流效果。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)絡的覆蓋范圍和業(yè)務性能，有必要結合幾乎空白子幀（Almost Blank Subframe， ABS）技術來消除干擾。

4.2.2.幾乎空白子幀技術抑制宏小區(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，達到了提升用戶的吞吐量的目的。

此干擾協(xié)調(diào)技術的步驟如下：

1）提供宏小區(qū)中哪些子幀中設置為幾乎空白子幀。

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

3）依托于網(wǎng)絡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)絡吞吐量的問題，根據(jù)整體網(wǎng)絡的狀況，集中式超密集組網(wǎng)系統(tǒng)服務器可以動態(tài)調(diào)整ABS的配置。

4.3.MIMO技術與超密集組網(wǎng)

超密集組網(wǎng)系統(tǒng)服務器通過協(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)的整體有效機能，而我們說的MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）技術即多輸入多輸出技術，也就是將多輸入多輸出技術融入?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技術已被列為5G的重要發(fā)展技術之一。

5. 小結

超密集組網(wǎng)的網(wǎng)絡規(guī)劃作為5G超密集網(wǎng)的一項關鍵內(nèi)容，今后還需要對網(wǎng)絡規(guī)劃做更進一步的研究，將超密集組網(wǎng)落實到5G的網(wǎng)絡規(guī)劃和設計中，使其更好的為人們服務。

參考文獻

[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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