曹 亙，范 斌，賈 川，李福昌（. 中國(guó)聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院，北京00048；. 中國(guó)聯(lián)通技術(shù)部技術(shù)戰(zhàn)略處，北京00033）

0 前言

根據(jù)Small Cell論壇最新公布數(shù)據(jù)［1］，截至2015年3 月，Small Cell 部署數(shù)量已達(dá)到1 120 萬(wàn)，其中超過(guò)90% Small Cell 部署在住宅、企業(yè)等室內(nèi)環(huán)境，Small Cell 也呈現(xiàn)向市區(qū)室外場(chǎng)景、偏遠(yuǎn)地區(qū)等場(chǎng)景擴(kuò)大部署的發(fā)展趨勢(shì)。隨著LTE 網(wǎng)絡(luò)加快部署，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的單位區(qū)域數(shù)據(jù)流量呈現(xiàn)爆發(fā)性增長(zhǎng)，忙時(shí)單位區(qū)域數(shù)據(jù)流量可達(dá)到1.2 Gbits/km2。由于宏蜂窩基站網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容對(duì)網(wǎng)絡(luò)容量提升有限，因此，Small Cell 逐漸成為電信運(yùn)營(yíng)商解決熱點(diǎn)區(qū)域流量分流的常用解決方案。

Small Cell 日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求，促進(jìn)了3GPP 標(biāo)準(zhǔn)組織對(duì)Small Cell 標(biāo)準(zhǔn)化研究的持續(xù)投入，從R8 到R11版本，3GPP標(biāo)準(zhǔn)組織相繼完成WCDMA HNB設(shè)備功能、LTE HeNB 設(shè)備功能［2］、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)［3］、本地旁路［4］等關(guān)鍵技術(shù)研究和標(biāo)準(zhǔn)化工作。從2012 年底至2014年9 月，3GPP R12 對(duì)Small Cell 功能進(jìn)一步增強(qiáng)，滿足宏微協(xié)同組網(wǎng)的部署需求。而R13階段的多個(gè)研究課題都考慮未來(lái)Small Cell 應(yīng)用場(chǎng)景，進(jìn)一步確定了Small Cell在未來(lái)網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的重要地位。

1 S mallC ell技術(shù)演進(jìn)路線

1.1 S mallC ell關(guān)鍵技術(shù)研究概述

3GPP R12 階段主要開展了3 項(xiàng)Small Cell 研究項(xiàng)目，分別是LTE Small Cell增強(qiáng)研究的場(chǎng)景和需求的研究立項(xiàng)［5］、LTE Small Cell 物理層增強(qiáng)的研究立項(xiàng)［6］、LTE Small Cell高層增強(qiáng)的研究立項(xiàng)［7］。

1.2 S mallC ell增強(qiáng)研究的場(chǎng)景和需求

3GPP R12 階段確定了LTE Small Cell 增強(qiáng)研究的目標(biāo)場(chǎng)景，如部署場(chǎng)景、頻譜需求、業(yè)務(wù)特點(diǎn)等；也確定了LTE Small Cell 增強(qiáng)研究的需求，如系統(tǒng)設(shè)計(jì)、移動(dòng)性和覆蓋性能要求、核心網(wǎng)要求、建設(shè)成本和復(fù)雜性、能量效率、安全性等內(nèi)容。R12 階段重點(diǎn)研究Small Cell 與宏基站協(xié)同組網(wǎng)的部署場(chǎng)景，包括如下4 種場(chǎng)景，場(chǎng)景#1、場(chǎng)景#2a、場(chǎng)景#2b和場(chǎng)景#3［8］，各場(chǎng)景特點(diǎn)及要求如表1所示。

表1 Small Cell典型部署場(chǎng)景

2 S mallC ell物理層關(guān)鍵技術(shù)研究概述

3GPP R12 針對(duì)LTE Small Cell 物理層關(guān)鍵技術(shù)，根據(jù)Small Cell部署場(chǎng)景要求，主要開展如下關(guān)鍵技術(shù)研究：物理層頻譜增強(qiáng)技術(shù)、Small Cell 關(guān)斷技術(shù)、Small Cell功率控制及自適應(yīng)技術(shù)、Small Cell發(fā)現(xiàn)機(jī)制以及基于空中接口的同步技術(shù)等物理層關(guān)鍵技術(shù)［9］。

2.1 S ma llC ell頻譜效率增強(qiáng)技術(shù)

3GPP R12 階段從2 個(gè)方向研究增強(qiáng)Small Cell 頻譜效率的技術(shù)方案。一種方案為256 QAM高階調(diào)制；另一種方案為減少控制信道的開銷。

256 QAM 技術(shù)對(duì)信道質(zhì)量的要求較高，需要信噪比高于30 dB的信道環(huán)境。由于Small Cell主要用于宏基站覆蓋信號(hào)較弱的區(qū)域，在此場(chǎng)景可得到30 dB 以上的信噪比環(huán)境。此時(shí)，高階調(diào)制在室內(nèi)場(chǎng)景可提高22%～30%的網(wǎng)絡(luò)容量；而在室外場(chǎng)景，若采用CRS 干擾消除，256 QAM 可提高22%網(wǎng)絡(luò)容量；否則，256 QAM 僅能提高4%的網(wǎng)絡(luò)容量。除CRS 干擾消除之外，還需要重新制定發(fā)射機(jī)和接收機(jī)EVM 指標(biāo)要求，并完善CQI/MCS/TBS映射關(guān)系以及上下行控制信道的指示方式等。

Small Cell部署環(huán)境下，低速運(yùn)動(dòng)的用戶降低了信道的頻率選擇性和時(shí)間選擇性要求，因此，可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化參考信號(hào)設(shè)計(jì)方案。對(duì)于下行用戶特定參考信號(hào)，在5 dB 以上的傳輸環(huán)境可提高頻譜效率0.9%～3.9%。頻譜效率的增益與綁定PRB 數(shù)量、調(diào)制模式、發(fā)送數(shù)據(jù)層數(shù)和收發(fā)機(jī)EVM 要求等參數(shù)有關(guān)。對(duì)于上行用戶特定參考信號(hào)減少至1個(gè)符號(hào)/子幀，信噪比在3 dB 以上，頻譜效率約提高7%。對(duì)于多子幀調(diào)度和跨子幀調(diào)度增強(qiáng)功能，由于實(shí)現(xiàn)算法差異性較大，暫無(wú)法分析調(diào)度信息開銷降低與實(shí)際系統(tǒng)增益的對(duì)應(yīng)關(guān)系。而TDD 系統(tǒng)TM10 模式下符號(hào)0 傳輸PDSCH 和EPDCCH的解決方案，由于無(wú)充分時(shí)間討論，僅完成初步的復(fù)雜度分析。

2.2 S mallC ell關(guān)斷/發(fā)現(xiàn)技術(shù)

Small Cell關(guān)斷技術(shù)主要研究了半靜態(tài)關(guān)斷機(jī)制、動(dòng)態(tài)關(guān)斷機(jī)制、節(jié)能關(guān)斷等。半靜態(tài)關(guān)斷方案適用于低/中等業(yè)務(wù)負(fù)載場(chǎng)景，通過(guò)隨機(jī)關(guān)斷Small Cell 可以提高網(wǎng)絡(luò)整體容量5%～27%。在業(yè)務(wù)負(fù)載較高的場(chǎng)景，Small Cell關(guān)斷反而會(huì)降低網(wǎng)絡(luò)整體容量。動(dòng)態(tài)關(guān)斷方案主要適用于宏微協(xié)同組網(wǎng)異頻部署場(chǎng)景（如場(chǎng)景#2a），網(wǎng)絡(luò)整體增益可提高10%～20%。在同頻部署場(chǎng)景下，即使采用動(dòng)態(tài)關(guān)斷方案，網(wǎng)絡(luò)容量增益也小于10%。

在半靜態(tài)關(guān)斷技術(shù)方案中，Small Cell根據(jù)業(yè)務(wù)負(fù)載的增減、UE 的到達(dá)或離開情況、分組呼叫的到達(dá)或結(jié)束等因素判斷Small Cell 的開啟或關(guān)閉。基于LTE現(xiàn)有信令流程，半靜態(tài)關(guān)斷技術(shù)的開關(guān)周期可設(shè)置為幾百毫秒甚至幾秒；LTE R12 版本討論了關(guān)斷周期為毫秒級(jí)的快速關(guān)斷方案，從而滿足LTE 子幀級(jí)的快速關(guān)斷方案。由于現(xiàn)有LTE標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)并不支持基站快速關(guān)斷功能，3GPP還需要相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)會(huì)議繼續(xù)討論方案可行性并評(píng)估系統(tǒng)性能增益。經(jīng)過(guò)慎重評(píng)估確定Small Cell 關(guān)斷周期為100 或200 ms 可帶來(lái)較大系統(tǒng)增益。由于節(jié)能關(guān)斷減少Small Cell傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)間，必須考慮對(duì)存量終端的影響。Small Cell 關(guān)斷方案的增益與應(yīng)用場(chǎng)景、具體方案密切相關(guān)，可沿用切換、載波激活/去激活、無(wú)線雙鏈接等既有流程支持Small Cell關(guān)斷功能。但需要支持Small Cell發(fā)現(xiàn)流程及相關(guān)信令、信號(hào)設(shè)計(jì)、同步要求、RRM 測(cè)量等功能。Small Cell 發(fā)現(xiàn)機(jī)制針對(duì)R8 現(xiàn)有方案不足，增強(qiáng)了PSS/SSS 干擾刪除、DL-SS/RS 突發(fā)傳輸?shù)裙δ?。在R12 階段增強(qiáng)的主要功能如表2所示。

表2 Small Cell小區(qū)發(fā)現(xiàn)增強(qiáng)方案

2.3 基于空口的同步技術(shù)

基于空口的同步技術(shù)主要研究場(chǎng)景有Small Cell與宏基站之間的同步、簇內(nèi)Small Cell 之間的同步、簇間Small Cell 之間的同步。同步方案包括基于網(wǎng)絡(luò)偵聽的同步方案和終端輔助的同步方案，同步精度要滿足小于3 μs。

網(wǎng)絡(luò)偵聽技術(shù)方案，目標(biāo)小區(qū)通過(guò)偵聽源小區(qū)的RS 信號(hào)（如CSI-RS、PRS 等）保持與源小區(qū)的同步狀態(tài)。該方案的時(shí)間同步精度需要考慮小區(qū)間信道條件、傳播的跳數(shù)、PRS/CRS 收到不同的干擾、源小區(qū)與目標(biāo)小區(qū)之間的傳輸時(shí)延、頻率誤差導(dǎo)致的時(shí)間偏移、源小區(qū)的同步狀態(tài)及選擇機(jī)制等影響因素。在網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽的周期配置中，目標(biāo)小區(qū)通過(guò)停止與目標(biāo)小區(qū)在相同資源塊發(fā)送數(shù)據(jù)，以減少對(duì)監(jiān)聽RS信號(hào)的干擾。同時(shí)，目標(biāo)小區(qū)可采用更長(zhǎng)的監(jiān)聽周期、適當(dāng)?shù)谋O(jiān)聽間隔提高同步精度。網(wǎng)絡(luò)偵聽方案需綜合考慮信息指示方式、最大多跳數(shù)、信道質(zhì)量、開銷優(yōu)化、運(yùn)營(yíng)商間同步等要求。

終端輔助的同步方案，是通過(guò)終端相關(guān)信息來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)小區(qū)與源小區(qū)之間的同步，終端性能對(duì)該方案的同步精度影響最大。該方案的同步精度需要考慮如下因素：終端可用性、下行信道條件、上行信道條件、終端接入的源小區(qū)與目標(biāo)小區(qū)之間的傳輸時(shí)延差、頻率同步誤差導(dǎo)致的測(cè)量時(shí)間偏移等因素。經(jīng)初步分析，該方案也需要終端側(cè)向網(wǎng)絡(luò)側(cè)提供上行同步檢測(cè)的信息、源小區(qū)與目標(biāo)小區(qū)交互同步信息功能等要求。

3 S mallC ell高層關(guān)鍵技術(shù)研究概述

3GPP R12高層關(guān)鍵技術(shù)主要解決移動(dòng)魯棒性、上下行鏈路不對(duì)稱性、核心網(wǎng)信令增加、多小區(qū)服務(wù)的單用戶吞吐量提升、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和配置難度等問(wèn)題。R12階段研究了無(wú)線雙鏈接和移動(dòng)錨點(diǎn)2 個(gè)解決方案，但最終僅完成無(wú)線雙鏈接的標(biāo)準(zhǔn)化工作［10］。

無(wú)線雙鏈接技術(shù)是指2個(gè)及以上基站在非理想回傳條件下，為用戶提供無(wú)線資源。無(wú)線雙鏈接主要應(yīng)用于宏基站與Small Cell同頻或者異頻部署場(chǎng)景，主要考慮無(wú)線雙鏈接研究同頻、異頻的2 個(gè)基站資源的聚合方案、RRC 分集、上行/下行鏈路分離等研究方向。在R12階段，最終完成宏基站與Small Cell異頻部署場(chǎng)景的候選用戶面和控制面的協(xié)議架構(gòu)。

3.1 用戶面候選架構(gòu)

用戶面數(shù)據(jù)分離技術(shù)方案主要討論3 種候選架構(gòu)。如圖1 所示，方案一中，用戶面（S1-U）的數(shù)據(jù)在S-GW 按照不同承載分別發(fā)給MeNB 和SeNB（圖1 中SeNB節(jié)點(diǎn)）；方案二中，用戶面的2個(gè)承載的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)在MeNB 節(jié)點(diǎn)分離，其中一個(gè)承載發(fā)送給SeNB，用戶面數(shù)據(jù)在S-GW不分離；方案三中，用戶面的2個(gè)承載的數(shù)據(jù)不僅在MeNB節(jié)點(diǎn)分離，而且，MeNB與SeNB都傳輸該承載的用戶面數(shù)據(jù)。用戶面數(shù)據(jù)的分段功能可以在RLC層或者PDCP層實(shí)現(xiàn)。用戶面實(shí)現(xiàn)方案如表3所示。

圖1 用戶面候選架構(gòu)方案

表3 用戶面實(shí)現(xiàn)方案

R12 階段主要討論1A 和3C 2 種用戶面架構(gòu)。在1A架構(gòu)中（見圖2），用戶面承載在S-GW分離，并沒有在基站側(cè)分離。MeNB和SeNB都具備PDCP層及以下各層功能。1A架構(gòu)中，MeNB和SeNB具備獨(dú)立的承載處理功能，不需要MeNB和SeNB之間流控功能和嚴(yán)格的回傳要求，可靈活支持未來(lái)無(wú)線接入網(wǎng)側(cè)的CDN功能。1A 架構(gòu)需要核心網(wǎng)管理SeNB 移動(dòng)性；核心網(wǎng)管理網(wǎng)絡(luò)的整體承載，不能根據(jù)空口資源情況靈活調(diào)整承載的空口傳輸速率；由于2 個(gè)承載獨(dú)立傳輸，需要MeNB和SeNB獨(dú)立加密。而3C架構(gòu)中（見圖3），S1-U終止于MeNB，承載在MeNB 分離，MeNB 和SeNB 有獨(dú)立的RLC功能。此架構(gòu)下，由于MeNB管理全部承載，加密、PDCP層及以上功能全部集中到MeNB。而SeNB移動(dòng)性對(duì)于核心網(wǎng)是不可見的，切換過(guò)程中改變SeNB也不需要SeNB 之間傳遞數(shù)據(jù)。此架構(gòu)下，MeNB 和SeNB之間需要更緊密的流控機(jī)制。在2種架構(gòu)下，對(duì)X2接口的用戶面協(xié)議棧功能都需要進(jìn)一步增強(qiáng)，包括3C 架構(gòu)下PDCP PDUs 傳送，1A 架構(gòu)的數(shù)據(jù)前送等功能將在R13課題［11］繼續(xù)標(biāo)準(zhǔn)化討論。

圖2 候選架構(gòu)1A方案

圖3 候選架構(gòu)3C方案

3.2 控制面候選架構(gòu)

控制面架構(gòu)是以每個(gè)用戶連接一個(gè)S1-MME為設(shè)計(jì)的前提條件?？刂泼婧蜻x架構(gòu)主要考慮公共無(wú)線資源配置、專屬無(wú)線資源配置、Small Cell 相關(guān)的測(cè)量和移動(dòng)性管理等功能。由于用戶處于RRC 連接態(tài)或空閑態(tài)，因此，RRC 候選架構(gòu)為2 種方案（見圖4）。候選方案C1 中，只有MeNB 具備管理用戶RRC 消息的功能，MeNB和SeNB之間具備協(xié)商RRM管理功能。用戶的RRC實(shí)體只能接收到MeNB發(fā)送的RRC消息，根據(jù)用戶面架構(gòu)的技術(shù)方案（1A 或者3C），選擇L2 實(shí)體來(lái)傳輸RRC 消息。而候選方案C2 中，MeNB 和SeNB 都可生成發(fā)給用戶的RRC 消息。C2 方案未解決區(qū)分RRC實(shí)體消息源和目的地、上行消息路由等問(wèn)題。上述2種方案中，需要繼續(xù)研究MeNB與SeNB互傳參數(shù)、觸發(fā)機(jī)制和相關(guān)信令以及用戶側(cè)提取的無(wú)線資源配置信息或者參數(shù)配置等信息。在2 種方案中，MeNB 為SeNB 提供UE 能力和用戶候選資源配置等信息，主要區(qū)別在于RRC 信令生成及下發(fā)機(jī)制。C1 方案中，MeNB根據(jù)SeNB反饋的配置參數(shù)，生成RRC信令并下發(fā)給用戶；C2 方案中，SeNB 根據(jù)MeNB 協(xié)商的信息生成RRC信令并發(fā)送給用戶，并將無(wú)線資源配置參數(shù)反饋給MeNB。

圖4 RRC候選架構(gòu)方案

控制面候選方案，需要從配置信息時(shí)延、RRC 參數(shù)改變的同步性、信令和處理開銷、終端復(fù)雜度、網(wǎng)絡(luò)側(cè)復(fù)雜度等方面綜合考慮。C1方案實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單，可作為基本的控制面解決方案。而用戶上下文、控制面路徑、無(wú)線資源傳遞等功能將在R13 課題中繼續(xù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化研究工作［12］。

4 S mallC ell技術(shù)演進(jìn)展望

R12 對(duì)Small Cell 物理層和高層關(guān)鍵技術(shù)開展關(guān)鍵技術(shù)和方案研究，從移動(dòng)魯棒性、宏基站與Small Cell 基站上下行負(fù)載不均衡、核心網(wǎng)信令負(fù)擔(dān)等問(wèn)題開展標(biāo)準(zhǔn)化討論。但在R12階段，3GPP主要解決宏基站覆蓋范圍內(nèi)部署較少數(shù)量Small Cell的場(chǎng)景，并未考慮Small Cell 密集組網(wǎng)場(chǎng)景。隨著R13 階段開展Li?cense Assisted Access（LAA）［13］，3GPP 與WLAN 聚合技術(shù)［14］、Small Cell 高層增強(qiáng)［15］等研究課題的深入研究，未來(lái)宏微協(xié)同將大大擴(kuò)展頻譜資源，協(xié)同技術(shù)方案，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等范圍，Small Cell將有更廣闊的應(yīng)用前景。

Small Cell 作為3G/4G 網(wǎng)絡(luò)部署及長(zhǎng)期演進(jìn)的重要技術(shù)手段，在改善網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量、提高網(wǎng)絡(luò)容量、保證用戶良好體驗(yàn)、降低CAPEX 和OPEX 等對(duì)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)具有重要意義。后續(xù)，中國(guó)聯(lián)通將結(jié)合頻率資源現(xiàn)狀，全面啟動(dòng)LIGHT-Net 研究計(jì)劃，通過(guò)宏微基站同頻干擾控制、異頻載波聚合、異系統(tǒng)合并、智能化組網(wǎng)等技術(shù)手段，構(gòu)建靈活、高效、綠色節(jié)能的輕資產(chǎn)精品網(wǎng)絡(luò)，提高網(wǎng)絡(luò)容量和用戶峰值速率，打造“3G/4G一體化”的精品網(wǎng)絡(luò)。

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［13］3GPP TR 36.889 Feasibility Study on Licensed-Assisted Access to Unlicensed Spectrum［S/OL］.［2015-04-11］. http://www.3gpp.org/ftp/specs/archive/36_series/36.889/36889-101.zip.

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