劉為+紀子超

【摘要】主要提出一種宏小區(qū)與毫微微小區(qū)混合組網的異構無線通信網絡，從而設計了一種用于異構無線通信網絡中的基站間自動鄰區(qū)關聯的方法，并闡述了具體實施步驟。該方法支持異構網絡中的基站自組織功能，基站能夠在自動鄰區(qū)關聯的過程中正確地獲得鄰區(qū)基站的ID，從而成功構造鄰區(qū)關系且無需人工配置，克服了已有方法存在的缺陷。同時，該方法無需修改空口信令，也不會增加空口信令開銷。

【關鍵詞】宏小區(qū)毫微微小區(qū)異構網絡自動鄰區(qū)關聯無線通信系統(tǒng)

中圖分類號：TP915文獻標識碼：A文章編號：1006-1010(2014)-10-0054-05

A Method of Automatic Neighbor Association in Heterogeneous Networks of Wireless Communication System

LIU Wei, JI Zi-chao

(China Electronics Technology Group Corporation No.7 Research Institute, Guangzhou 510310, China)

[Abstract] Heterogeneous wireless communication network is proposed where a hybrid networking is made by the macro-cell and the femto cells. Thus a method of automatic neighbor association between base stations is designed to heterogeneous wireless communication network and the specific implementation steps are illustrated. This method supports self-organization function of base station in heterogeneous networks. In addition, base station can obtain the unique ID of its neighbor base station correctly in the process of automatic neighbor association so that the neighbor relationship can be established successfully without manual configuration to overcome the drawbacks of the existing methods, meanwhile, the proposed method does not need air interface modification and it will not increase the signaling overhead of air interface.

[Key words]macro-cellfemto cellheterogeneous networksautomatic neighbor associationwireless communication system

1 引言

一般來說，宏小區(qū)（Macro cell，以下簡稱Mcell）是指宏蜂窩基站小區(qū)，其覆蓋區(qū)域最大可達數十公里；而毫微微小區(qū)（Femto cell，以下簡稱Fcell）是指在無線通信系統(tǒng)中信號覆蓋范圍很小的小區(qū)。在LTE系統(tǒng)中，一個Mcell的基站被定義為演進型節(jié)點B（eNB）；而一個Fcell的基站被定義為家庭eNB（HeNB），又稱家庭基站。在下一代無線通信系統(tǒng)設計中，SON（Self-Organization Networks，自組織網絡）功能是運營商看重的一個重要部分，其包含的基站間ANR（Automatic Neighbor Relation，自動鄰區(qū)關聯）功能使得基站能夠指示UE（User Equipment，用戶設備）上報相鄰小區(qū)的小區(qū)標識，如PCI（Physical Cell Identifier，物理小區(qū)標識）、CGI（Cell Global Identifier，小區(qū)全局標識）等，并可根據上報的各小區(qū)標識推斷出相鄰小區(qū)基站的唯一標識（ID），以自動獲取周圍小區(qū)的鄰區(qū)關系，從而無需手工配置即可自動建立一個NRT（Neighbor Relationship Table，鄰區(qū)關系表），完成與相鄰小區(qū)的基站建立連接。例如，應用LTE系統(tǒng)的ANR功能，基站可通過UE上報的E-CGI推斷相鄰小區(qū)的基站的ID，從而建立NRT并與相鄰小區(qū)的基站建立X2連接[1]。

然而在Fcell與Mcell混合組網的LTE異構網絡中，上述現有的ANR功能將無法工作。例如，在LTE系統(tǒng)中，由于HeNB的eNB-ID長度為28比特位，而一般eNB的eNB-ID是20比特位，eNB在得到UE上報的E-CGI后，需要先判斷該鄰區(qū)的類別是一個Fcell還是一個Mcell，然后才能選擇使用28比特位或20比特位的eNB-ID[2]。但是在當前規(guī)范中，UE上報的信息中并不包含小區(qū)類型[3]，因此eNB將無法區(qū)分該鄰區(qū)的類型，從而導致現有的ANR功能失效。

此問題可以通過增加UE上報信息或對PCI進行分區(qū)兩種方法部分解決[4]。然而，增加UE上報信息的方法將增加空口的信令開銷，而且該方法還存在向后兼容的問題。另一方面，PCI分區(qū)的方法已經用于CSG（Closed Subscriber Group，閉合用戶群）與非CSG的區(qū)分，如果將它應用于小區(qū)類型劃分，則需要將PCI再進一步細分?？紤]到可用的PCI數量是非常有限的，如LTE系統(tǒng)只有504個，過多、過細的劃分將大大縮小基站可選PCI的范圍，從而降低了基站的小區(qū)間抗干擾能力，增加了PCI混淆的概率。

針對現有方案存在的問題，本文提供了一種新的ANR方法，在支持異構網絡中的基站自組織功能的同時還克服了已有方法存在的缺陷。

2 小區(qū)標識分區(qū)

本方法需要先將小區(qū)標識（Cell Identity，以下簡稱小區(qū)ID）進行分區(qū)。將總共S比特位長的ID空間分成兩個碼空間（短碼區(qū)和長碼區(qū)）：短碼區(qū)用于Mcell等需要使用M比特位長的ID的基站，長碼區(qū)則用于Fcell等需要使用N比特位長的ID的基站，其中LL以及LS由分區(qū)方法決定，M

圖1宏基站小區(qū)ID空間位圖

圖2HeNB小區(qū)ID空間位圖

3 基站ID以及小區(qū)ID的分區(qū)方法

3.1方法一：單層分區(qū)法

將M比特位長的二進制空間分成A、B兩個子空間，兩空間的容量分別為LA和LB，且LA+LB=2M。LA和LB的容量取決于網絡部署時期對該網絡內將存在的不同類型基站的數量的預計值，典型情況下，兩者的關系為：LB=2K，LA=2M-2K，LB

例如，在LTE系統(tǒng)中，M=20，N=28。預計宏基站的數量大約為10萬個，若取K=17，則可得到接近10萬個的數值217=131 072，滿足要求。然后可將20比特位長的二進制空間分成以下兩部分：

（1）子空間A：在該子空間內，每一個20比特位ID的第18、19及20比特位不全為0。

（2）子空間B：在該子空間內，每一個20比特位ID的第18、19及20比特位固定為0。

根據上述分區(qū)方法，可得到兩個容量分別為LB=217、LA=(220-217)的子空間。然后將A、B子空間分別擴充到28比特位長，可形成容量為LS=225的短碼區(qū)以及容量為LL=(228-225)的長碼區(qū)。

3.2方法二：多層分區(qū)法

單層分區(qū)法雖然簡單，但存在ID利用率低的缺點。例如，在上述例子中，該方法將為每個宏基站預留28=256個小區(qū)。然而實際組網時，很少存在占用256個小區(qū)的宏基站，因此可以考慮對短碼區(qū)進一步細分。具體來說，在從上述單層分區(qū)法得到的容量分別為LA、LB的A、B兩個子空間的基礎上，可將子空間B進一步劃分成B-1（容量為LB-1）和B-2（容量為LB-2）兩個部分。LB-1和LB-2的大小仍然取決于對網絡內將存在的不同類型基站的數量的預計值。典型情況下，兩者滿足關系：LB-1=2J，LB-2=LB-2J，J

（1）將A子空間擴充到N位用于長碼區(qū)，容量為LA′=2d*LA，其中d=N-M。

（2）將B-1子空間擴充到N位用于短碼區(qū)，容量為LB-1′=2d*LB-1。

（3）將B-2子空間擴充到N位后（容量為LB-2′=

2d*LB-2），再分成Q-1和Q-2兩部分，其中：

◆Q-1子空間用于短碼區(qū)，容量為LQ-1=2I*LB-2，其中I

◆Q-2子空間用于長碼區(qū)，容量為LQ-2=LB-2′-

LQ-1。

（4）最后得到長碼區(qū)的容量為LL=LA′+LQ-2，短碼區(qū)的容量為LS=LB-1′+LQ-1。

下面仍以上述單層分區(qū)法中的例子來具體說明。在得到兩個容量分別為LB=217、LA=(220-217)的兩個子空間的基礎上：

（1）假設取J=15，將空間B分成B-1及B-2兩部分，其中LB-1=215，LB-2=(217-215)。

（2）進一步地，將B-2子空間擴充到28比特位后再分成Q-1和Q-2兩部分。假設需要為宏基站預留128個小區(qū)（即I=7，2I=128），則Q-1分區(qū)內的每一個ID的第21位可固定設置為0，即得到Q-1和Q-2兩個子分區(qū)的容量分別為：LQ-1=(217-215)*27=(224-222)，LQ-2=(217-215)*27=(224-222)。最終可得到容量為LS=(223+224-222)的短碼區(qū)以及容量為LL=(228-225+224-222)的長碼區(qū)。

Fcell的基站接入網絡有兩種形式：一種是連接到網關（如HeNB連接到HeNB GW）；另一種是不通過網關，直接連接到核心網。從傳統(tǒng)的角度看，不管是哪一種連接方式，基站都需要通過連接到網絡管理和維護（以下簡稱OAM）系統(tǒng)獲取基站ID以及小區(qū)ID。然而這意味著需要運營商大量的前期配置工作，以保證基站可分配到合適的基站ID以及小區(qū)ID。如果基站接入的是網關，則可以由網關動態(tài)地為基站分配基站ID以及小區(qū)ID。具體實施中，可在基站初始化接入到網關時，由網關從當前空閑的小區(qū)ID中為基站分配ID，如HeNB GW可以通過S1接口為HeNB分配ID，這樣既減少了運營商的預配置工作，也可以支持動態(tài)而靈活的ID分配方式。

在ANR的過程中，基站收到UE上報的CGI后，解出其中的小區(qū)ID，再根據該小區(qū)ID屬于哪個分區(qū)來判斷相鄰小區(qū)的基站類型。如果該小區(qū)ID屬于長碼區(qū)，則認為相鄰小區(qū)是一個Fcell；如果該小區(qū)ID屬于短碼區(qū)，則認為相鄰小區(qū)是一個Mcell。

3.3實施流程

下面將結合圖3詳細說明本方法的一般實施流程，具體如下：

（1）運營商/設備制造商根據協(xié)議定義或網絡規(guī)劃需求，選擇使用上述兩種ID分區(qū)方案中的一種，將小區(qū)ID空間劃分成長碼區(qū)及短碼區(qū)。

（2）運營商從短碼區(qū)中為宏基站分配基站ID以及小區(qū)ID，并從長碼區(qū)中為Fcell基站分配基站ID以及小區(qū)ID（如可通過OAM系統(tǒng)或網關自動分配）。

（3）基站上電，獲取基站ID、小區(qū)ID等配置參數，并完成其他初始化工作，開始提供服務。基站會通過空口廣播小區(qū)的CGI信息。

（4）基站配置UE測量，根據UE的測量上報獲知鄰區(qū)的CGI。基站將該鄰區(qū)加入自己的鄰區(qū)關系表（NRT）。

（5）基站從CGI中解出小區(qū)ID。

（6）基站根據該小區(qū)ID屬于哪個分區(qū)來判斷相鄰小區(qū)的基站的類型：

◆如果該小區(qū)ID屬于長碼區(qū)，則認為相鄰小區(qū)是一個Fcell；

◆如果該小區(qū)ID屬于短碼區(qū)，則認為相鄰小區(qū)是一個Mcell。

（7）基站根據相鄰小區(qū)的類型，確定相應的基站ID的比特位長，并獲取基站ID。

（8）基站根據該基站ID，更新NRT并嘗試獲取該鄰區(qū)基站的傳輸層地址以建立連接。

圖3實施流程圖

4 具體實施用例

結合圖4所示場景，下面詳細說明本方法的一個基于3GPP LTE規(guī)范的實施用例。

（1）在本實施用例中，假設小區(qū)ID按多層分區(qū)法分成長碼區(qū)及短碼區(qū)：

◆假設根據規(guī)劃，預期宏基站的數量約為10萬個，且其中約3萬個需要預留全部256個小區(qū)，而其他宏基站則只需要預留26=64個小區(qū)；

◆將20比特位長的二進制空間分成兩部分，其中子空間B內的每一個ID的第18、19及20比特位固定設置為0；

◆進一步將空間B分成子空間B-1和B-2，其中B-1子空間內的每一個ID的第16、17位固定設置為0；

◆將B-2擴充到28比特位再分成子空間Q-1和Q-2，其中Q-1內的每一個ID的第21、22位固定設置為0；

◆按照前述方法，將A、B-1、Q-1和Q-2各子空間組合構成長碼區(qū)以及短碼區(qū)；

◆根據上述長碼區(qū)以及短碼區(qū)的劃分特點來判斷小區(qū)類型。例如，可以使用掩碼的方法幫助判斷，其中一種掩碼的例子用二進制表達如下：

K1=00000,00000,00000,11111,00000,000

K2=00000,00000,00000,00111,11000,000

（2）運營商從短碼區(qū)中為宏基站（見圖4中的M1和M2）分配eNB-ID以及小區(qū)ID，并從長碼區(qū)中為家庭基站（見圖4中的H1）分配eNB-ID以及小區(qū)ID，例如：

◆M1的eNB-ID為eNB-ID-M1=00011,00000,

10101,00000；

◆M1的小區(qū)ID為CI-M1=00011,00000,10101,

00000,00000,100；

◆M2的eNB-ID為eNB-ID-M2=00011,00000,

10101,11000；

◆M2的小區(qū)ID為CI-M2=00011,00000,10101,

11000,00000,100；

◆H1的eNB-ID為eNB-ID-H1=00011,00000,

10101,11000,11000,111；

◆H1的小區(qū)ID為CI-H1=00011,00000,10101,

11000,11000,111。

（3）基站上電，獲取eNB-ID、小區(qū)ID等配置參數，并完成其他初始化工作，開始提供服務。

（4）M1配置UE1測量。

（5）UE1上報測量結果給M1，包括M2以及H1的PCI。

（6）M1指示UE1獲取鄰區(qū)M2的E-CGI。

（7）UE1讀取M2的廣播信道，獲取它的E-CGI-M2，并報告至M1。

（8）收到UE1的報告后，M1將M2加入自己的鄰區(qū)關系表。

（9）M1從E-CGI-M2中解出CI-M2，將CI-M2與掩碼K1以及K2做與運算。其中與K2運算的結果為0，表明CI-M2屬于短碼區(qū)。

（10）M1判斷M2為宏基站，取CI-M2的前20比特位為M2的eNB-ID。

（11）M1指示UE1獲取鄰區(qū)H1的E-CGI。

（12）UE1讀取H1的廣播信道，獲取它的E-CGI-H1，并報告至M1。

（13）M1將H1加入自己的鄰區(qū)關系表。

（14）M1從E-CGI-H1中解出CI-H1，將CI-H1與掩碼K1以及K2做與運算，結果都不為0，表明CI-H1屬于長碼區(qū)。

（15）M1判斷H1為家庭基站，將CI-H1作為H1的eNB-ID。

（16）M1分別使用eNB-ID-M2以及eNB-ID-H1，向MME請求鄰區(qū)M2和H1的傳輸層地址，以建立X2連接。

5 結束語

本文提出了一種無線通信系統(tǒng)異構網絡的自動鄰區(qū)關聯方法，在異構網絡環(huán)境中，基站依然能夠在ANR的過程中正確地獲得鄰區(qū)基站的ID，從而成功構造鄰區(qū)關系而無需人工配置。該方法無需修改空口信令，因此不存在向后兼容問題，也不會增加空口信令開銷。同時，基站ID的選擇獨立于空口標識，所以基站選擇空口標識（如PCI）時無需受限于基站類型，可以純粹按照物理層的需要（如出于干擾抑制的目的）進行選取，從而顯著降低了網絡規(guī)劃的復雜度。

參考文獻：

[1] 3GPP TS 36.300 V9.4.0. Overall Description[S]. 2010.

[2] 3GPP TS 36.413 V9.3.0. S1 Application Protocol(S1AP)[S]. 2010.

[3] 3GPP TS 36.331 V9.3.0. Radio Resource Control(RRC)[S]. 2010.

[4] 3GPP R3-102282-2010. Inbound Mobility to HeNB Open Cells and Macro CSG Cells, 3GPP TSG-RAN WG3 #69[S]. 2010.

[5] 沈嘉. 3GPP長期演進（LTE）技術原理與系統(tǒng)設計[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2009.

[6] 3GPP TR 23.882. System Architecture Evolution: Report on Technical Options and Conclusions[S]. 2008.

[7] 3GPP TR 25.913. Requirements for Evolved UTRA(E-UTRA) and Evolved UTRAN(E-UTRAN)[S]. 2008.

[8] 3GPP TS 25.104. Base Station(BS) Radio Transmission and Reception(FDD)[S]. 2010.

[9] 3GPP TS 25.105. Base Station(BS) Radio Transmission and Reception(TDD)[S]. 2010.

[10] Stefania Sesia, Issam Toufik, Matthew Baker. LTE–The UMTS Long Term Evolution: From Theory to Practice Second Edition[M]. United Kingdom: A John Wiley & Sons Ltd, 2011.★

作者簡介

劉為：工程師，碩士，現任職于中國電子科技集團公司第七研究所，研究方向為寬帶無線通信。

紀子超：助理工程師，學士，現任職于中國電子科技集團公司第七研究所，研究方向為寬帶無線通信。

endprint

◆M1的eNB-ID為eNB-ID-M1=00011,00000,

10101,00000；

◆M1的小區(qū)ID為CI-M1=00011,00000,10101,

00000,00000,100；

◆M2的eNB-ID為eNB-ID-M2=00011,00000,

10101,11000；

◆M2的小區(qū)ID為CI-M2=00011,00000,10101,

11000,00000,100；

◆H1的eNB-ID為eNB-ID-H1=00011,00000,

10101,11000,11000,111；

◆H1的小區(qū)ID為CI-H1=00011,00000,10101,

11000,11000,111。

（3）基站上電，獲取eNB-ID、小區(qū)ID等配置參數，并完成其他初始化工作，開始提供服務。

（4）M1配置UE1測量。

（5）UE1上報測量結果給M1，包括M2以及H1的PCI。

（6）M1指示UE1獲取鄰區(qū)M2的E-CGI。

（7）UE1讀取M2的廣播信道，獲取它的E-CGI-M2，并報告至M1。

（8）收到UE1的報告后，M1將M2加入自己的鄰區(qū)關系表。

（9）M1從E-CGI-M2中解出CI-M2，將CI-M2與掩碼K1以及K2做與運算。其中與K2運算的結果為0，表明CI-M2屬于短碼區(qū)。

（10）M1判斷M2為宏基站，取CI-M2的前20比特位為M2的eNB-ID。

（11）M1指示UE1獲取鄰區(qū)H1的E-CGI。

（12）UE1讀取H1的廣播信道，獲取它的E-CGI-H1，并報告至M1。

（13）M1將H1加入自己的鄰區(qū)關系表。

（14）M1從E-CGI-H1中解出CI-H1，將CI-H1與掩碼K1以及K2做與運算，結果都不為0，表明CI-H1屬于長碼區(qū)。

（15）M1判斷H1為家庭基站，將CI-H1作為H1的eNB-ID。

（16）M1分別使用eNB-ID-M2以及eNB-ID-H1，向MME請求鄰區(qū)M2和H1的傳輸層地址，以建立X2連接。

5 結束語

本文提出了一種無線通信系統(tǒng)異構網絡的自動鄰區(qū)關聯方法，在異構網絡環(huán)境中，基站依然能夠在ANR的過程中正確地獲得鄰區(qū)基站的ID，從而成功構造鄰區(qū)關系而無需人工配置。該方法無需修改空口信令，因此不存在向后兼容問題，也不會增加空口信令開銷。同時，基站ID的選擇獨立于空口標識，所以基站選擇空口標識（如PCI）時無需受限于基站類型，可以純粹按照物理層的需要（如出于干擾抑制的目的）進行選取，從而顯著降低了網絡規(guī)劃的復雜度。

參考文獻：

[1] 3GPP TS 36.300 V9.4.0. Overall Description[S]. 2010.

[2] 3GPP TS 36.413 V9.3.0. S1 Application Protocol(S1AP)[S]. 2010.

[3] 3GPP TS 36.331 V9.3.0. Radio Resource Control(RRC)[S]. 2010.

[4] 3GPP R3-102282-2010. Inbound Mobility to HeNB Open Cells and Macro CSG Cells, 3GPP TSG-RAN WG3 #69[S]. 2010.

[5] 沈嘉. 3GPP長期演進（LTE）技術原理與系統(tǒng)設計[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2009.

[6] 3GPP TR 23.882. System Architecture Evolution: Report on Technical Options and Conclusions[S]. 2008.

[7] 3GPP TR 25.913. Requirements for Evolved UTRA(E-UTRA) and Evolved UTRAN(E-UTRAN)[S]. 2008.

[8] 3GPP TS 25.104. Base Station(BS) Radio Transmission and Reception(FDD)[S]. 2010.

[9] 3GPP TS 25.105. Base Station(BS) Radio Transmission and Reception(TDD)[S]. 2010.

[10] Stefania Sesia, Issam Toufik, Matthew Baker. LTE–The UMTS Long Term Evolution: From Theory to Practice Second Edition[M]. United Kingdom: A John Wiley & Sons Ltd, 2011.★

作者簡介

劉為：工程師，碩士，現任職于中國電子科技集團公司第七研究所，研究方向為寬帶無線通信。

紀子超：助理工程師，學士，現任職于中國電子科技集團公司第七研究所，研究方向為寬帶無線通信。

endprint

◆M1的eNB-ID為eNB-ID-M1=00011,00000,

10101,00000；

◆M1的小區(qū)ID為CI-M1=00011,00000,10101,

00000,00000,100；

◆M2的eNB-ID為eNB-ID-M2=00011,00000,

10101,11000；

◆M2的小區(qū)ID為CI-M2=00011,00000,10101,

11000,00000,100；

◆H1的eNB-ID為eNB-ID-H1=00011,00000,

10101,11000,11000,111；

◆H1的小區(qū)ID為CI-H1=00011,00000,10101,

11000,11000,111。

（3）基站上電，獲取eNB-ID、小區(qū)ID等配置參數，并完成其他初始化工作，開始提供服務。

（4）M1配置UE1測量。

（5）UE1上報測量結果給M1，包括M2以及H1的PCI。

（6）M1指示UE1獲取鄰區(qū)M2的E-CGI。

（7）UE1讀取M2的廣播信道，獲取它的E-CGI-M2，并報告至M1。

（8）收到UE1的報告后，M1將M2加入自己的鄰區(qū)關系表。

（9）M1從E-CGI-M2中解出CI-M2，將CI-M2與掩碼K1以及K2做與運算。其中與K2運算的結果為0，表明CI-M2屬于短碼區(qū)。

（10）M1判斷M2為宏基站，取CI-M2的前20比特位為M2的eNB-ID。

（11）M1指示UE1獲取鄰區(qū)H1的E-CGI。

（12）UE1讀取H1的廣播信道，獲取它的E-CGI-H1，并報告至M1。

（13）M1將H1加入自己的鄰區(qū)關系表。

（14）M1從E-CGI-H1中解出CI-H1，將CI-H1與掩碼K1以及K2做與運算，結果都不為0，表明CI-H1屬于長碼區(qū)。

（15）M1判斷H1為家庭基站，將CI-H1作為H1的eNB-ID。

（16）M1分別使用eNB-ID-M2以及eNB-ID-H1，向MME請求鄰區(qū)M2和H1的傳輸層地址，以建立X2連接。

5 結束語

本文提出了一種無線通信系統(tǒng)異構網絡的自動鄰區(qū)關聯方法，在異構網絡環(huán)境中，基站依然能夠在ANR的過程中正確地獲得鄰區(qū)基站的ID，從而成功構造鄰區(qū)關系而無需人工配置。該方法無需修改空口信令，因此不存在向后兼容問題，也不會增加空口信令開銷。同時，基站ID的選擇獨立于空口標識，所以基站選擇空口標識（如PCI）時無需受限于基站類型，可以純粹按照物理層的需要（如出于干擾抑制的目的）進行選取，從而顯著降低了網絡規(guī)劃的復雜度。

參考文獻：

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作者簡介

劉為：工程師，碩士，現任職于中國電子科技集團公司第七研究所，研究方向為寬帶無線通信。

紀子超：助理工程師，學士，現任職于中國電子科技集團公司第七研究所，研究方向為寬帶無線通信。

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