姚美菱袁吴蓬勃袁张星袁孙群中袁孙青华
渊石家庄邮电职业技术学院袁河北省石家庄市050031冤
摘要针对5G用户体验速率和海量设备连接需求袁给出提升5G网络容量的三种方法遥分析超密集组网在网络建设尧成本尧信号质量尧网络容量上的优势袁论证超密集组网是5G的必然选择遥然后解析超密集组网遇到的干扰挑战袁最后从三个维度给出应对挑战的措施院通过自组织网络最佳化覆盖与容量尧利用CRE渊小区覆盖扩展冤和ABS渊几乎空白子帧冤技术协调宏微小区间干扰尧利用网络多输入多输出技术协调管理小小区基站遥关键词5G曰超密集组网曰自组织网络曰CRE渊小区覆盖扩展冤曰ABS渊几乎空白子帧冤
0引言
2012年4G系统标准化完成袁今天4G网络还
流量增长尧海量的设备连接尧不断涌现的各类新业务和应用场景袁同时与行业深度融合袁满足垂直行业终端互联的多样化需求袁实现真正的野万物互联冶遥故5G最重要的目标是提高网络的容量遥
提升容量可以采用更先进的频谱技术渊新的空口技术冤提升频谱效率尧开辟新的无线频段渊如C波段尧28GHz/60GHz毫米波冤增加可用带宽尧UDN渊超密集组网冤等手段遥其中袁前两种方式属于无线接临哪些挑战袁又该如何应对袁下文将一一回答遥口技术袁对于第三种方式UDN袁何为UDN袁UDN面
在遍地开花袁但是5G已经渐行渐近袁成为全球研发热点遥4G推动了移动互联网业务的迅猛发展袁据思科估计袁到2021年全球移动数据流量将达到每月49EB渊1EB=109GB冤袁相比2016年增长7倍袁相当于2010年的200倍曰2030年将达到2010年的2万倍咱1暂曰发达城市及热点地区的移动数据流量增速更快袁2010年到2020年上海的增长率可达600倍袁北京热点区域的增长率可达1000倍袁这超出4G的承载极限遥
ITU渊国际电信联盟冤为5G定义了eMBB渊增强移动宽带冤尧mMTC渊海量机器类通信冤尧uRLLC渊超可括超高清视频尧虚拟现实尧增强现实等袁这类场景首先对带宽要求极高袁包括100Mbit/s用户体验速率渊热点场景可达1Gbit/s冤尧数十Gbit/s峰值速率尧每平方千米数十Tbit/s的流量密度遥mMTC典型应用包括智慧城市尧智能家居等袁这类应用对连接密度要求较高曰视频监控不仅部署密度高袁还要求终端和网络支持高速率遥uRLLC典型应用包括工业控制尧无人机控制尧智能驾驶控制等袁这类场景对时延极其敏感袁可用性要求接近100%遥
5G的上场是为了应对未来爆炸性的移动数据靠低时延通信冤三大应用场景咱2暂遥eMBB典型应用包
1UDN的定义及遭遇的挑战
UDN是在一个区域范围内布建更多的小小区
渊SmallCell冤袁小小区可以是家庭基站渊FemtoCell冤尧微微小区渊PicoCell冤与微小区渊MicroCell冤等袁它们的涵盖范围通常远小于宏小区渊MacroCell冤咱3暂遥
家庭基站发射功率为10～100mW袁覆盖半径
为10～20m袁主要用于室内小面积覆盖曰微微小区可以分为室内型和室外型袁室内型发射功率小于250mW袁覆盖半径30～50m袁室外型发射功率小于1W袁覆盖半径50～100m袁可用于中小型企业的公共热点曰微小区的发射功率5～10W袁覆盖半径100～300m袁可用于室外覆盖遥
UDN中的这些微小站体积小尧回传灵活尧传输功率小袁容易安装尧建设阻力小尧成本也比较低曰更重
2019年第1期技术交流2.2
CRE和ABS技术进行宏微小区间干扰协调UDN使得5G成为一个宏微小区共存的异质网络袁宏小区负责广域覆盖袁小小区则用来补盲或补忙袁以提高吞吐量袁完成深度覆盖和容量提升遥但异质网络中通常会面临两个问题院一是用户应该由哪一个基站来服务袁使得每一个基站均能提供最佳的服务效率曰二是小小区如何抑制来自宏小区的干扰遥
1冤CRE渊小区覆盖扩展冤解决服务基站的选择问题
由于宏微小区发射功率差异大渊16dB以上冤袁故在宏微小区同时覆盖的区域中袁终端会倾向于选择宏基站袁这样限制了微基站的分流效果袁为此引入了CRE技术遥
CRE是系统为扩大微基站的覆盖范围袁给宏基站设定一个终端接入偏置门限袁仅当宏基站的信号强度比微基站的信号强度高出预设的偏置门限值用户引入微基站袁达到分流效果遥
时袁终端才接入宏基站咱4暂遥通过CRE将宏小区边缘
由于小小区半径小袁用户到微小区的路损小于到宏小区的路损袁故用户的上行性能变好曰但是下行由于宏基站功率大袁如果用户处于小小区边缘袁宏基站的干扰可能使用户信噪比变差袁甚至无法工作遥故为了获得最大的CRE增益袁保证整网的覆盖和流量性能袁还需要结合ABS渊几乎空白子帧冤技术消除干扰遥
2冤ABS技术抑制宏小区的干扰
帧中让部分的子帧保持安静或关闭渊几乎空白冤咱5暂遥宏小区在几乎空白的子帧中不传送数据袁只传送蜂窝网专用识别信号袁但依然可以利用Non-ABS渊非几乎空白子帧冤来传送数据曰而小小区仍可以选择是否在这些几乎空白的子帧中去传送下行数据袁得以让附着在小小区的用户接收到的干扰减少袁达到提升用户的吞吐量的目的遥
图1是有超密集组网系统服务器的超密集组网情境架构图袁其中包含一个超密集组网系统服务器尧多个宏小区和更多个小小区遥超密集组网系统服务器来执行基站间干扰协调袁降低宏小区到小小区的干扰尧小小区之间的干扰袁在此处的具体作用就是负
所谓ABS袁是宏小区在传送下行信号的多个子
要的是UDN显著减少了基站与用户之间的传输距离袁路径损耗变小袁较大程度提升信号质量曰站间距减小袁频率复用度提升袁提高频谱效率遥信号质量和频谱效率的提升将直接增加系统容量袁故UDN是5G的必然选择遥
但超密集组网随着小小区数量上升袁站间距减小袁用户接收有用信号的同时来自其他基站的干扰也急剧增加袁如果不能妥善处理或抑制这些基站之间的干扰袁系统容量难以提升遥尤其是由于宏小区与小小区通常共享使用同一个频段袁附着在小小区的用户会受到宏小区信号严重干扰遥可见UDN使5G成为一个干扰受限系统袁因此有效抑制邻近基站干扰是UDN必须面对的严峻挑战遥
2UDN应对挑战的措施
从上面的分析可知袁为了有效抑制邻近基站干
扰袁需要控制基站的覆盖范围尧协调宏微小区的配合尧协调管理小小区遥2.1
自组织网络实现覆盖与容量最佳化
UDN中邻近基站会有不同程度的干扰袁故每个基站的发射功率大小尧天线波束方向袁不仅会决定自身的覆盖范围袁还会影响邻近基站或其用户受到干扰的大小遥因此如何设定基站的发射功率与天线波束方向袁使该基站的吞吐量最大化袁同时减少对其他基站用户的干扰袁即达到基站覆盖与容量最佳化袁是一个极为重要的环节遥
3GPP提出SON渊自组织网络冤技术袁来完成小小区的部署袁以实现覆盖与容量最佳化遥SON完成小小区的配置流程如下院
a冤首先每个被启动的小小区会先将它所在的位置告知SONServer渊自组织网络的中心服务器冤遥
b冤SONServer根据基站覆盖与容量最佳化的原则计算每个被启动的小小区的发射功率和波束方向图遥
c冤SONServer根据计算结果远端设定每个小小区的发射功率和波束方向图袁完成小小区的配置遥
UDN使得小小区数量极大袁自组织网络通过基站覆盖与网络容量最佳化的算法袁保证了覆盖袁提升了容量袁同时也降低了部署的难度遥
技术交流2019年第1期图1有超密集组网系统服务器的超密集组网图
责通知宏小区所有子帧中哪些特定的子帧需要被设置为几乎空白的子帧袁最大化系统效能遥
此干扰协调技术的步骤如下院
a冤提供宏小区ABS模式渊子帧中哪些被设置为几乎空白的子帧冤遥
b冤通过用户及小小区测量袁取得网络干扰状况遥c冤依据子帧模式及网络干扰状况袁进行各小小区的ABS配置遥
d冤依网络状态改变袁动态调整ABS配置遥在每一次传送数据的过程中袁宏小区将会让出部分子帧作为ABS袁减少影响小小区的干扰曰而其他所有的小小区袁则仍能依据超密集组网系统服务器的ABS的配置袁选择利用这些子帧来传送数据袁以降低附着在该小小区的边缘用户接收到的信号干扰遥
通过集中式超密集组网系统服务器根据整体网络的状况袁来进行ABS的配置袁达到有效优化边缘用户接收的信号质量以及提升整体网络吞吐量的效果遥2.3基站
所谓MIMO技术袁也就是将多输入多输出技术融入跨基站之间紧密协调袁将密集布署的多个基站集合成一个单一多天线超级基站遥超密集组网系统服务器协调不同基站的天线紧密合作袁消除基站边缘用户所受到的干扰袁使超密集组网系统整体效能
MIMO渊多输入多输出冤技术协调管理小小区
与基站个数接近线性增长袁因此MIMO技术已被列为5G的重要发展技术之一遥
3结束语
5G采用超密集组网旨在通过部署更多的基站
提供系统整体倍增的频宽流量袁然而超密集组网系统有一个致命的问题院频谱使用率提高的同时袁用户受到来自其他基站的干扰也剧增袁导致系统的效能不增反降袁故需在部署网络时采取多种措施有效抑制基站间干扰遥
参考文献
1
余娟.下一个十年院移动通信的变数与展望咱N暂.中国信息化周报袁2015-04-06渊026冤.
2王欣.5G三大应用场景雏形初现咱N暂.通信产业报袁
2017-07-17渊022冤.345
冯伟龙.超密集网络渊UDN冤的性能分析与关键技术研究咱D暂.北京院北京交通大学袁2016.
门乐袁王坦.热点覆盖中小区范围扩展的差异化偏移量设计咱J暂.电信科学袁2012袁28渊08冤院131-137.
姜来为袁沙学军袁吴宣利袁张乃通.异构网络中几乎空白子帧存在时干扰协调方法咱J暂.哈尔滨工业大学学报袁2016袁48渊11冤院14-19.
姚美菱渊1973要冤袁女袁讲师袁硕士袁主要研究方向为移动互联网与物联网尧职业教育遥
收稿日期院2018-08-31
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容