论文组网部分

1、2.4 组网相关问题探讨为充分利用不同网络间的互补特性，协同是保证异构网组网性能的关键，尤其是资源分配的协同。因此异构组网需要考虑宏站与低功率节点间是同频还是异频组网，各网元节点间是否要有直接交互的接口，网元间是否需要同步等。2.4.1 频率在传统3G 系统中，由于缺乏有效的干扰规避机制，一般建议宏站与Pico/Femto 基站之间采用异频组网，以减少网络干扰。在LTE 系统中，由于LTE 在时域和频域两个维度分配资源，具有更灵活的无线资源调度方式，同频组网情况下可以通过ICIC、CoMP 等技术进行干扰协调。仿真结果表明宏站与Pico 基站同频组网具有更高的频谱利用率。对于中继节点来说，如频

2、率资源充裕，接入链路与回传链路之间采用不同的频段，即带外中继可以获得更好的性能。对于CSG HeNB，与宏站之间的干扰协调非常困难，可优先考虑异频组网。另外将CSG HeNB 设置为可以兼容公众用户且CSG 用户优先的混合（hybrid）模式也是比较好的办法。2.4.2 同步在传统的LTE FDD 同构网络中，eNode B 之间不需要时间同步，但在采用时域eICIC 以及CoMP 联合传输时，发送节点之间在时间和频率上都必须严格同步。这在RRH场景是比较容易实现的，但在分散部署的Pico 场景，则需要额外增加GPS 等同步方式。112.4.3 接口异构网的性能与节点间协同的松紧程度密切相关，

3、节点间的协同越紧密，网络整体性能越好4。而eICIC、CoMP 以及SON 等协同技术均要求在异构网节点之间可以进行信息交互，信息交互主要通过基站内接口或X2 接口实现。RRH间的协同性能是最好的， 可以进行站内协同， 而Pico、HeNB、Relay 的信息交互接口在逐步完善过程中，如R10 开始支持Pico 的X2 接口，R11 开始支持HeNB 的X2 接口。2.4.4 回传与节点选择具备高带宽、低时延回传链路（如点对点/WDM 光纤）的场景，可以考虑部署RRH，应用CoMP、动态eICIC 等技术实现与宏站之间的高度协同，提升网络12整体性能。对于其他如铜线、微波等质量较差的回传链路，

4、则考虑部署相对独立的低功率节点，Pico 等相对独立的低功率节点也可以通过ICIC等技术实现简单的干扰管理，并实现与宏站之间的切换。总体而言，RRU 与高性能回传的组合可以获得更好的网络性能，Pico/HeNB 与低性能回传的组合却能提高建网灵活性、降低建网成本，运营商需根据具体场景选择性价比最佳的方案。2.5异构网应用场景异构网有以下5种典型应用场景。（1）覆盖延伸通过Femto、Pico或RRH拉远方式延伸宏网络覆盖。（2）家庭覆盖通过Femto进行家庭网络覆盖。（3）室外弱区覆盖通过Micro、Pico或RRH拉远方式对宏网络覆盖弱区和盲区进行覆盖补充。（4）室外热点覆盖通过Pico、M

5、icro 或低功率RRH方式进行热区和热点覆盖。（5）室内热点覆盖通过Femto、Pico等方式进行室内热点覆盖。2.6具体部署方案异构网覆盖有以下特点：高频谱效率，可提升网络容量；更靠近用户，可增加UL/DL数据流量；深度覆盖，可满足QoE需求；低功率、低辐射，可实现绿色解决方案；易于部署，安装方便；回传灵活。以下给出5种具体场景的部署策略建议。2.6.1 街道a）场景特点。低层商铺通常密集分布在繁华商业区，商铺内信号一般被附近高层建筑所阻挡，以语音业务为主，极少发生高速率数据业务。b）关键需求。解决部分沿街弱覆盖问题，不能破坏商铺装修，天线安装不能破坏市容市貌。c）解决方案。Small c

6、ell+光纤/无线回传+伪装天线，具有部署快速、设备体积小、易部署，建设快、支持无线回传、覆盖效果明显、投资回报快等优势。2.6.2 大型场馆a）场景特点。场景多（看台、媒体区、功能区等多场景覆盖）；内部区域13空旷，多小区，覆盖区易交叠干扰；容量要求高，客户集中；高端用户多，以数据业务为主，业务质量要求高；业务突发性强，忙闲差别大；业务突发时业务密度大；多运营商，多系统合路；多系统频率，调制不一致，合路困难。b）解决方案。在室外广场实施RRU或Micro部署，实现小区域覆盖；在媒体区、VIP区增加WLAN或Pico热点，以吸收话务；在普通看台区域采用Pico+赋形天线，以实现精确覆盖。2.6

7、.3 热点a）场景特点。容量需求高，话务量和数据流量大，用户密集。b）解决方案。在数据业务集中热点部署Pico、Femto或低功率的RRH单元，以吸收热点数据业务、提升系统容量、降低建设成本。2.6.4 别墅a）场景特点。周围绿化面积大，楼宇间距宽，楼层少（少于4层），高端用户多，用户对质量要求高。b）关键需求。室外覆盖室内，要求设施美观，需考虑居民对天线的抵触情绪。c）解决方案。采用体积小、易安装的RRU+路灯美化天线；采用易部署、施工周期短的网线传输、POE供电；一次部署，同时支持2G/3G/LTE 和MIMO；无传输资源时采用Micro无线回传覆盖。2.6.5 组网策略与配置宏蜂窝部署规

8、则需结合small cell共同规划，利用频率分配和资源调度降低Macro 与small cell 间的干扰，同时结合small cell快速灵活部署、低TCO优势给室内外热点及覆盖空洞提供快速覆盖和分流，并结合GSM/UMTS 网络、即将部署的LTE 网络负载情况及QoS优先级等进行网络选择优化，以提高用户业务体验、降低单一网络负载拥塞的可能性。异构网将随着技术进步，逐步发展为融合多种无线制式、多种新LPN网元的复杂网络。针对其发展特性提出如下建议。a）网络初期。依靠2G、3G网络提供语音服务，依靠LTE、WLAN网络提供高速数据业务，宏蜂窝进行广域的中低速覆盖。b）网络中期。根据网络负载和

9、实际应用场景情况，选择Micro、Pico、Femto或Relay等small cell进行热点地区扩容和覆盖空洞补盲；根据基带池的技术成熟度，利用基带池技术组网，以节省因潮汐效应等导致区域网络负载迁移而造成的网络资源利用率低下，并有效降低站址资源及能耗。c）网络后期。根据技术演进趋势，建立统一的网络软件平台，仅需根据技术发展更新基带模块，以软件升级实现技术升级及与已建网络的统一管理和应用。3.2协作多点传输（CoMP）协作多点传输：是指地理位置上通过相互分离的多个小区的协作发射/接收，为一个或多个用户进行服务，本质可以理解为多小区的MIMO技术应用。通过引入CoMP技术改善UE和基站的接收信

10、号质量，解决小区边缘干扰问题，提高小区边缘和系统吞吐量。根据数据信息是否在多个传输节点之间进行共享，CoMP技术可以分为两类：多点联合处理（JP）和协调调度波束赋形（CSCB）。多点联合处理（JP），即在多个协作节点（基站）之间通过共享数据、调度信息等，联合为目标用户提供服务。协调调度波束赋形，指对资源进行联合调度规避干扰，对调度到相同资源的两个终端进行则通过波束赋形来控制彼此的干扰。JP技术能获得较大的传输增益，但节点间交互量大；CSCB技术使得节点间信息交互量减小，但无法获得协助传输增益。3GPP在LTE R11版本对异构网CoMP性能分析，仅考虑了宏站和RRH的组合情形，分成相同cell

11、 id和不同cellid两种场景。表2 给出两种场景的仿真结果，可知其小区边缘增益显著。CoMP技术的应用对传输时延要求很高。在实际部署中除了上述宏站和RRH的组合需要考虑到各类基站的组合。表2 异构网 CoMP仿真结果场景场景：1macro+4小功率 RRHs，25UEs对比SU/MU-MIMO的性能增益传输模式天线配置小区平均增益小区边缘增益不同CELLID2 cellsJT2×20.58%15.89%同CELLID2 cellsJT2×21.86%25.95%在现代通信系统中，为了满足用户的服务需求，需要提供更高的数据速率和频谱效率。为了达到这个目标，在第三代合作伙伴

12、计划的LTE-Advanced中采用协作多点传输与接收( CoMP) 以提高接收信号质量并减少空间干扰，提高系统整体性能。通常CoMP 可以分为协作调度/波束赋形和联合传输。尽管它可以显著提升小区边缘用户和系统的平均吞吐量，但是协作需要在协议簇基站之间进行信令和数据共享，同时需要协作的用户数越多，信息交换产生的回程量越大，从而增加了系统开销。在实际的通信系统中，采用全协作的方式会对回程网络产生极大的挑战，还会引入很高的复杂度，所以主要分析部分用户协作。用户协作的划分需要设置判定规则，常用的有基于协作距离划分和基于信干噪比划分，通过预设的门限值来决定用户是否进行协作。3.2.1 系统模型考虑下行

13、链路蜂窝系统，由M 个基站组成，每个小区内有相同的频率复用。每个基站有Nt根传输天线，且位于小区的中心，每个用户有一根接收天17线。将系统分成多个协议簇，一个协议簇内有D 个小区，一个小区内有K 个用户。=u1，u2，u3，.uDK 公式（3-3）表示协议簇内的用户集合。因此，服务基站为b 的用户k 的接收信号功率为：Yk，b = Pk,bhk,bwk,bXk,b + i=1,ikNk,bPi,bhk,bwi,bXi,b + b´=1,b´bMhk,b´j=1Nk,b´Pj,b´Wj,b´Xj,b´ + nk,b 公式（3-

14、4）其中：Pk,bhk,bwk,bXk,b为有用信号，i=1,ikNk,bPi,bhk,bwi,bXi,b为小区内干扰，b´=1,b´bMhk,b´j=1Nk,b´Pj,b´Wj,b´Xj,b´ 为小区间干扰；hk,b为是从基站b到用户k的信道信息，用1 × Nt的信道向量来表示hk,b，也就是：hk,b= hk,b,1hk,b2,hk,b Nt 公式（3-5）所以用户k 在一个指定的协议簇内的全信道为: hk = hk,1,hk,2,hk,D 公式（3-6）是分配给用户k 的功率，wk,b是相应的预编码， nk,

15、b是期望为0，方差为2的高斯白噪声，于是接收到的信干噪比为:SINRk,b = Pk,bhk,bWk,b2I+2 公式（3-7）I = i=1,ikNk,bPk,bhk,bWk,b2 + b´=1,b´bMj=1Nk,b´Pk,b´hk,b´Wk,b´2 公式（3-8） I 代表用户受到的来自其他用户的干扰。用户既接收来自服务基站的有用信号，同时又不可避免地受到其他基站的干扰。尤其是那些小区边缘用户将经历更为恶劣的信道环境，可能导致有用信息会淹没在干扰中，引起较差的SINR。采用迫零预编码算法来进行预处理。用户的联合预编码可以写成:W

16、 = HHS (H(S)HH（S）)-1 公式（3-9）S 表示一个分组内的用户集,H(S) = h1,h2,hNT 公式（3-10）H表示共轭转置运算。N 是分组内的用户数量。因此，可以得到:W = h1h2hNHh1h2hNHh1h2hNH-1= W1,W2,WN 公式（3-11）式中，WK表示用户k 的预编码。对于hiWj，当i = j时为常数或近似常数，否则为0通过将相邻小区组合成协议簇，利用回程来共享用户的信道和数据信息，在基站之间进行协作，就可以将干扰信号消除或者转化为对用户有用的信号，18提高吞吐量性能。既然用户有协作与非协作2种传输模式，根据信道隔离度对用户进行分类，具体计算公

17、式为:k,b = k,bEhk,b2 / 1NcEhk,b2 公式（3-12）信道隔离度考虑到了用户的信道信息和周边环境的联系，它与纯粹的根据距离划分相比，对接收信号质量的影响更大。在每个时刻，基站需要根据信道状态信息的反馈重新计算用户的隔离度，决定用户是否需要进行协作。由于用户的移动以及周围环境的变化，用户的信道状态将会随着时间的改变而改变。因此存在一个潜在的不足，就是如果用户的隔离度离门限值很接近，无论是偏高一点还是偏低一点，都有很大的概率在下一时刻越过门限，引起频繁的状态切换，形成所谓的“乒乓效应”。这将会带来很多不必要的回程和额外的信令开销，同时也增加了用户的通信负担3.2.2双门限用

18、户划分方法用S = s1,s2,sT0，1×1 公式（3-13）表示为用户状态，其中0表示非些许哦，1表示协作。co和n-co分别表示协作集和非协作集，并满足 = co，n-co。具体步骤如下： 设定隔离度的双门限L、H，其中L>H； 初始化co = n-co = ，表示空集。设置初始化判定门限M，LMH，计算各个用户信道隔离度i判断是否iM，如果是，将该用户加入协作集合co，设置用户协作状态标识si = 1 ，否则将该用户加入非协作集合n-co，设置用户协作状态标识si = 0 ; 每隔一个预定周期，重新计算信道隔离度，如果用户上一时刻的协作状态标识si = 1 ，判断是否i

19、>H，如果是，将用户从协作集合co中删除，加入非协作集合n-co，协作状态标识更改为si =0 ，否则保持原协作状态; 如果用户上一时刻的协作状态标识si = 0 ，判断是否iL，如果是，将用户从非协作集合n-co中删除，加入协作集合co，协作状态标识更改为si = 1 ，否则保持原协作状态。 根据这个策略，将同时存在协作用户与非协作用户的隔离度在两个门限之间，而且用户也不再频繁地切换传输状态。图3-2简单描述了用户隔离度随时间变化的可能情况。采用传统单门限，如果仅仅选择L或H作为判定门限，那么可以看到用户需要在时刻a、b、c、d 或者e、f、g、h 改变传输模式。而如果在双门限的情形下

20、，一开始把隔离度小于H的用户划分为协作用户。用户的模式传输将保持更长的一段时间，仅仅在时刻e 进行切换; 当下一时刻隔离度小于L时才进行再一次的切换。这样回程量将会大大减少。19图3-2 信道隔离度随时间变化关系3.3异构网之下的关键技术Femtocell 的发展历程一直与移动通信网络沿课题保持密切联系。随着两层网络中无线业务需求层次的不断丰富和更新，对femtocell 研究与应用仍在继续深化中，本节将归纳其中值得进一步探讨的方向。3.3.1 Femtocell 的自组织和自优化自组织网络(SON, self-organizing network)通过网络节点间的无线链路进行相互协作，完成信

21、息交换和服务共享，具备自组织、多跳、自规划等特性。Femtocell 大规模部署将是未来移动通信网中的趋势，而其使用和移除都存在不确定性。要实现理想的自主式即插即用功能时，需要研究femtocell 自组织特性来优化资源管理，如合理的频谱规划和抑制跨层干扰等。自组织和自优化也是LTE 和LTE-A 标准中femtocell 的重要趋势之一62。两层网络中femtocell 自组织特性通过分布式处理实现，可归结为自配置和自优化过程，用来完成femtocell 之间负载分享，功率、容量和接入机制的理性选择63。不仅如此，femtocell 自组织和自优化还将进一步表现为自配置、自监控、自诊断和自修

22、复，以适应网络结构的动态变化。3.3.2 Femtocell 在异构网中的研究下一代移动通信网结构将呈现出多重结构的异构网络。具备低成本、低功耗特性的femtocell 的引入，为原有macrocell 提供了增强总体网络容量的解决方案，可视为不同特性网络相结合的一个实例。LTE-A 中力图提高每单位区域内的频谱效率，因此异构网、如集合macrocell、picocell、femtocell 和Relay 等多种网络节点、其特点是灵活地配置低成本网络，使处于覆盖下的所有用户都能享受同等的宽带服务体验。随之而来的问题如抑制各自网络覆盖区域间的相互干扰，多重网络间垂直切换等，需要通过不同网络间的协

23、调来解决。随着未来网络结构特性趋于多样化，涉及femtocell 等的移动通信异构网20络研究仍将进一步深化。3.3.3 两层网络间的协作式多点传输协 作 式 多点传输(CoMP,)是当前无线通信领域的热点技术，通过多个小区的相互协作来提高小区边缘的链路质量和实现可靠传输，并解决小区边缘易出现的干扰等问题。不难看出，若能在femtocellmacrocell两层网络间结合CoMP，将带来抑制干扰和改善系统性能等诸多优势。但CoMP 在两层网络间的实现难度不容忽视，如backhaul 中时延造成实时信息交互不易完成，联合数据处理算法复杂度较高等，可以通过有线和无线相结合的方式来连接FAP 和MB

24、S，以实现两层网络的协作。同时研究者们也在两层网络间引入类似于X2 的接口机制，该类机制的引入将大大改善信息交互效率，但也会降低FAP 的部署灵活性，因此未来研究中仍需探索适用于两层网络间新的信息交互方式。结合上文所述，femtocell 的自组织特性，能参与构建异构网络以及网络间的协作式传输，有望消除通信网络覆盖边缘无线业务容量受限的局限性，达到一致性覆盖的理想效果。同时这将给不同网络间的协作、backhaul 连接等带来极大挑战。3.3.4 网络虚拟化 femtocell在femtocell 稳步发展的同一时期，研究者们提出了移动虚拟网络运营(MVNO)的概念，用来节省网络的管理成本和提高

25、运行效率。MVNO 和femtocell 是移动通信领域业务需求量剧增和多样化的发展结果，也都被认为是下一代移动互联网的关键技术。事实上，femtocell 的易于部署以及无需牌照等特点，非常适合于实现MVNO66，能为未来无线服务提供更多选择。移动网络虚拟化femtocell 可以延伸出新的接入方式，如利用NDMA(network prefix division multipleaccess)快速接入因特网，并满足各种不同用户的差异化业务需求。这也将是未来移动互联网中备受关注的热点问题。3.3.5 天线技术与 femtocell 的集成应用Femtocell 的加入极大地提高了两层网络中的频

26、谱利用率，而多天线或智能天线等能进一步获得空间分集的优势，两者的结合将极大提升两层网络的系统容量。对于城区中较密集的高层建筑，femtocell 能和分布式天线找到较好的应用结合点：借助分布式天线，femtocell 可完成建筑物内各层间的无线覆盖，并提高数据传输的顽健性，其中如何设计接收信号的联合处理算法等仍值得继续探讨。Femtocell 与天线技术的结合也可作为一种实现室外应用的途径。文献的研究者们利用安装于街边设施(street furniture)，如路灯柱和电话亭的简单双极子天线，初步论证了可利用Radio Steering来实现对室外区域不同方向的覆盖。这种低成本天线的配置有助于

27、femtocell 室外覆盖的扩展，同时根据无线设备位置和业务需求合理的调节覆盖区域，是极具应用价值的研21究方向。3.3.6 Docitive femtocell下一代无线网络设计者们追求的2 个首要目标是频谱效率和低成本运行。通过认知途径来完成自适应资源管理是极具吸引力的解决方案之一。前文中有论及，在认知femtocell 中，由认知型基站进行中心化处理，最优决策的给出是基于获取各分布节点信息和操作来完成，不足在于认知过程复杂度过高。有人提出了Docitive Radios(源于拉丁文“docere”，意为“教导”)的概念，其含义是减少认知复杂度，加速学习过程，从而获得更可靠的决策。Doc

28、itive femtocell 强调节点间通过相互教导的信息交互方式来降低对无线环境认知的复杂度，这与未来移动网络结构中分布式或非中心化的无线资源管理是一致的，这种更为智能化的femtocell概念，将是未来特色化的研究方向之一。5 LTE重叠覆盖分析方法不同小区间的高重叠覆盖，由于同频组网，必然会引起干扰，干扰的程度都会在SINR中体现出来，进而影响下载速率。在分析方法中，将重叠覆盖和SINR以及下载速率进行关联分析，从而得出重叠覆盖对网络结构的影响程度。在对重叠覆盖的分析中通常会采用扫频数据，对于SINR的分析则采用路测数据，两者通过栅格化进行关联。重叠覆盖对SINR的影响非常明显，6dB

29、范围内的重叠信号数越多，其平均SINR值与最大SINR估计值越低，在重叠覆盖度为1的情况下，平均SINR为12.78dB，每增加一个重叠覆盖小区，SINR下降40%以上，在重叠覆盖为4时，SINR下降为2.1dB。以某城市的数据分析结果为例，将重叠覆盖和下载速率进行关联分析，两者的相关度如图5所示。图5重叠覆盖度与平均下载速率影响分析从图5可以看出，重叠覆盖对下载速率的影响非常明显，6dB范围内的重叠信号数越多，其下载速率越低，在重叠覆盖度为1的情况下，平均下载速率为27.82Mbps，每增加一个重叠覆盖小区，平均下载速率下降20%以上，在重叠覆盖为4时，平均下载速率降为14.61Mbps。由

30、上述分析可知，重叠覆盖影响着SINR与下载速率，在减少弱覆盖的同时，防止小区间的过多重叠覆盖，实现覆盖“不多不少”的目标，成为网络结构优化中非常重要的一个方面。3.1.2.1 CRE方案小区选择的依据通常是UE接收信号的功率或质量，常用的选择方式是基于RSRP值的大小。如式（3-1）所示，用户把接收到的来自各基站的参考信号功率最大的1个基站作为为其服务的基站。Cell_LDserving=arg maxRSRPi公式(3-1)当宏小区中引入Pico基站后，由于Pico基站的发射功率较低，若仍使用上述方法进行小区选择，必将导致Pico基站覆盖边缘的大部分用户仍选择接入到宏小区中，将使宏基站负载远

31、远大于Pico基站，从而不利于Pico基站充分利用频率资源分流宏基站负载。为克服上述问题，可采用一种基于偏置（bias）的小区选择方式。如式（3-2）所示，对宏基站偏置为零，而对Pico基站偏置为一个非负值，这样即使是用户接收到来自Pico基站的RSRP值比宏基站低，用户仍可选择接入到Pico基站中。该方案可有效增加用户接入Pico基站的几率，以平衡宏基站与Pico基站的负载。Cell_LDserving=arg maxRSRPi+biasi公式(3-2)2.3.4自组织网络（SON）自组织网络(Self Organizing Network)，是指实现异构网内节点的自动配置与管理。SON技术是LTE R8版本引入，并在R9和R10逐步完善。SON产生的背景源于异构组网的网元数量的大幅度增加，如此多的网元，特别是当分散在网络各个角落的LPN节点，如果都通过传统的方式来进行手动管理的话，会大大增加人员成本严重降低异构网的可运营能力。所以智能化的SON技术应运而生。SON网络兼具三个方面的能力，包括自我配置、自我优化和自我修愈能力。自我配置，指SON下所有网元都具备自发现、参数自动下载、软件自动更新等自启站的功能，与此同时还要能够实现对周边基站节点的自动测量，依据周围基站的参数来自动匹配合适的参数配置。而当与周