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      5G演進(jìn):網(wǎng)絡(luò)控制直放站

      2022-10-09 07:00:28張楠栗子陽(yáng)李儒岳曹偉
      電信科學(xué) 2022年9期
      關(guān)鍵詞:直放站中繼波束

      張楠,栗子陽(yáng),李儒岳,曹偉

      (1. 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)多媒體技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東 深圳 518055; 2.中興通訊股份有限公司,廣東 深圳 518057)

      0 引言

      蜂窩網(wǎng)絡(luò)的覆蓋是運(yùn)營(yíng)商在系統(tǒng)部署和網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化時(shí)關(guān)注的核心指標(biāo),也是制約連續(xù)廣域高速數(shù)據(jù)服務(wù)的重要因素。尤其是由于頻域資源的短缺,通信系統(tǒng)所能使用的頻段資源逐步向中高頻拓展,如新空口(new ra2io,NR)系統(tǒng)FR1頻段的部署包含3.5 GHz,且大量使用FR2頻段的網(wǎng)絡(luò)工作在28 GHz、39 GHz,甚至可以達(dá)到60 GHz[1]。隨著工作頻段的提升,無(wú)線信道不可避免地會(huì)遭受更高的路徑損耗,極易受到障礙物(如建筑物)的阻擋[2],并存在散射、繞射以及高穿透損耗等現(xiàn)象[3-5],因此覆蓋性能面臨與傳統(tǒng)的無(wú)線系統(tǒng)相比更大的挑戰(zhàn)。

      為了增強(qiáng)5G的系統(tǒng)性能,業(yè)界針對(duì)覆蓋問題引入了不同層次的增強(qiáng)。

      從信號(hào)處理的角度,針對(duì)當(dāng)前通信系統(tǒng)中的覆蓋受限信道,通過(guò)3GPP Release 17(簡(jiǎn)稱Rel-17)NR覆蓋增強(qiáng)課題的研究[6],確定了通過(guò)增加重復(fù)次數(shù)以及支持在多個(gè)時(shí)隙上的傳輸塊處理等方式提升上行數(shù)據(jù)和控制信號(hào)的強(qiáng)度。有研究表明[7],不同的覆蓋增強(qiáng)的方式可以對(duì)上行信號(hào)產(chǎn)生0.7~3 2B的增益。此外,3GPP Rel-17增加了對(duì)跨物理上行共享信通(physical uplink share2 channel,PUSCH)重 復(fù) 的 解 調(diào) 參 考 信 號(hào)(2emo2ulation reference signal,DM-RS)綁定以及對(duì)動(dòng)態(tài)物理上行鏈路控制信道(physical uplink control channel,PUCCH)重復(fù)因子指示信令的支持機(jī)制[8]。

      從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)的角度,工業(yè)界和學(xué)術(shù)界也對(duì)多類型傳輸節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了研究,以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的密集部署,從而提升系統(tǒng)性能和移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)部署的靈活性。

      · 早在3GPP Rel-10中,中繼(relay)就被納入了3GPP標(biāo)準(zhǔn)[9]。在Rel-10中支持的中繼對(duì)UE是非透明的,這些中繼擁有自己的物理標(biāo)識(shí)(physical ID),并向UE發(fā)送所有下行物理信道,從UE的視角在網(wǎng)絡(luò)中部署的中繼節(jié)點(diǎn)與常規(guī)eNB(evolve2 No2eB) 具有相同功能[10]。

      · 在3GPP Rel-16/ Rel-17中引入了集成接入和回傳(integrate2 access an2 backhaul,IAB)[1,11],運(yùn)營(yíng)商利用其擁有的部分無(wú)線頻段實(shí)現(xiàn)回傳,減少了密集部署下的光纖需求。IAB節(jié)點(diǎn)的功能與普通基站一致,可以通過(guò)對(duì)接入和回程數(shù)據(jù)進(jìn)行全協(xié)議棧處理,完成對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞挠行卣埂?/p>

      · 文獻(xiàn)[12]依照節(jié)點(diǎn)設(shè)備本身的復(fù)雜度以及轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)包含的協(xié)議棧等級(jí)定義的不同類型中繼器也在網(wǎng)絡(luò)中有所部屬,且在3GPP Rel-17中的研究主要集中在層2/層3中繼。具體來(lái)看,層2中繼對(duì)接收的數(shù)據(jù)塊進(jìn)行解碼和重新編碼,由于這種附加的信號(hào)處理,層2中繼無(wú)法同時(shí)接收和發(fā)送信號(hào),轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)存在一定的時(shí)延,而且層2中繼無(wú)法利用業(yè)務(wù)流的服務(wù)質(zhì)量(quality of service,QoS) 區(qū)分其轉(zhuǎn)發(fā)的優(yōu)先級(jí)。層2中繼的優(yōu)勢(shì)在于噪聲和干擾不會(huì)被轉(zhuǎn)發(fā)。層3中繼是更高級(jí)別的中繼,它在IP層轉(zhuǎn)發(fā)用戶面流量數(shù)據(jù)包,可以支持QoS調(diào)度、緩存管理、流量控制、增強(qiáng)切換等功能,可以認(rèn)為是自回程的基站。相應(yīng)地,層3中繼的復(fù)雜度和成本也較高。 · 除了上述具備對(duì)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并轉(zhuǎn)發(fā)能力的節(jié)點(diǎn),在5G應(yīng)用下,工業(yè)界也對(duì)傳統(tǒng)的射頻直放站進(jìn)行了研究。由于該類節(jié)點(diǎn)僅具備放大和轉(zhuǎn)發(fā)其所接收到信道的能力,因此其實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度和成本較低?;谶@些特征,傳統(tǒng)射頻直放站在 2G、3G 和 4G 中均有部署,以改善常規(guī)蜂窩小區(qū)的整體覆蓋。然而,傳統(tǒng)的射頻直放站不但會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)和放大信號(hào),同樣也會(huì)放大網(wǎng)絡(luò)的干擾和噪聲,針對(duì)該類直放站特征,學(xué)術(shù)界對(duì)其網(wǎng)絡(luò)性能的影響展開了分析[14-18]。

      本文研究?jī)?nèi)容是在3GPP Rel-18 中引入的網(wǎng)絡(luò)控制直放站[19],作為對(duì)傳統(tǒng)射頻直放站的增強(qiáng),具有從網(wǎng)絡(luò)側(cè)接收和處理直放站控制信息的能力。該機(jī)制允許網(wǎng)絡(luò)控制直放站以更有效的方式執(zhí)行其放大和轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)操作,包括實(shí)現(xiàn)信號(hào)在空間域的定向增強(qiáng)、直放站的動(dòng)態(tài)使能和簡(jiǎn)化的網(wǎng)絡(luò)集成。

      1 網(wǎng)絡(luò)控制直放站總體分析

      1.1 直放站的功能和結(jié)構(gòu)

      傳統(tǒng)的直放站主要通過(guò)射頻模塊完成對(duì)信號(hào)的放大和轉(zhuǎn)發(fā)操作,射頻直放站結(jié)構(gòu)如圖1所示。主要組成部分包括收/發(fā)端天線功放(包括低噪放)和濾波器。在時(shí)分雙工(time 2ivision 2uplex,TDD)模式下,直放站上下行鏈路的開關(guān)鍵控可以依照網(wǎng)絡(luò)部署進(jìn)行預(yù)先設(shè)置。此外,部分直放站也有進(jìn)行收發(fā)信號(hào)移頻的功能[20],可以進(jìn)一步按實(shí)際傳輸需求進(jìn)行收/發(fā)頻點(diǎn)匹配,提升傳輸距離和降低干擾。

      圖1 射頻直放站結(jié)構(gòu)

      網(wǎng)絡(luò)控制直放站,除了能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)內(nèi)基站和用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的放大轉(zhuǎn)發(fā)外,也存在與網(wǎng)絡(luò)之間的控制信息的交互。網(wǎng)絡(luò)控制直放站結(jié)構(gòu)如圖2所示,網(wǎng)絡(luò)控制直放站主要由兩個(gè)功能模塊——控制單元和轉(zhuǎn)發(fā)單元組成,并通過(guò)控制鏈路(指網(wǎng)絡(luò)控制直放站與基站進(jìn)行通信的鏈路,該鏈路能夠完成直放站與基站間的信息交互)和轉(zhuǎn)發(fā)鏈路(指網(wǎng)絡(luò)控制直放站對(duì)于基站/終端數(shù)據(jù)通過(guò)射頻接收-放大-轉(zhuǎn)發(fā)操作的鏈路,網(wǎng)絡(luò)控制直放站對(duì)于該鏈路所承載內(nèi)容不進(jìn)行任何處理)完成相關(guān)功能。

      · 控制單元:主要作用包括接收與解調(diào)基站下發(fā)的控制信息,并且根據(jù)控制信息調(diào)整轉(zhuǎn)發(fā)單元的配置??刂茊卧梢园葱枭芍狈耪緦?duì)網(wǎng)絡(luò)側(cè)的傳輸信號(hào)。圖2中,控制鏈路1為用于基站下發(fā)控制信息至網(wǎng)絡(luò)控制直放站,而控制鏈路2則可用于傳遞控制單元發(fā)送至基站的上行信息,如隨機(jī)接入信號(hào)和針對(duì)基站下發(fā)信息的反饋信號(hào)等。

      · 轉(zhuǎn)發(fā)單元:主要作用為依照相應(yīng)的配置和指示信息完成對(duì)接收數(shù)據(jù)的放大轉(zhuǎn)發(fā)操作。與傳統(tǒng)直放站一樣,該行為包含了兩條不同方向的轉(zhuǎn)發(fā)鏈路。圖2中,轉(zhuǎn)發(fā)鏈路1和轉(zhuǎn)發(fā)鏈路3構(gòu)成了一條完整的基站到UE的轉(zhuǎn)發(fā)鏈路,而轉(zhuǎn)發(fā)鏈路2和轉(zhuǎn)發(fā)鏈路4構(gòu)成了一條完整的UE到基站的轉(zhuǎn)發(fā)鏈路。

      在這兩個(gè)模塊的共同作用下,基站可以通過(guò)控制鏈路1下發(fā)的控制信息,以不同的控制粒度調(diào)整轉(zhuǎn)發(fā)單元的配置和工作狀態(tài)。例如,控制鏈路1的控制信息為轉(zhuǎn)發(fā)鏈路3所需的波束信息時(shí),網(wǎng)絡(luò)控制直放站會(huì)據(jù)此調(diào)整轉(zhuǎn)發(fā)單元的轉(zhuǎn)發(fā)鏈路3所使用的波束實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的基站到特定用戶的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

      圖2 網(wǎng)絡(luò)控制直放站結(jié)構(gòu)

      1.2 部署場(chǎng)景和假設(shè)

      關(guān)于網(wǎng)絡(luò)控制的直放站,業(yè)內(nèi)針對(duì)其潛在部署場(chǎng)景進(jìn)行了詳細(xì)研究并確認(rèn)其能夠靈活適用于FR1/FR2頻點(diǎn)下的室內(nèi)外和室外覆蓋室內(nèi)(out2oor to in2oor,O2I)場(chǎng)景。在后續(xù)研究評(píng)估中,考慮場(chǎng)景的典型性,會(huì)優(yōu)先考慮FR2 頻段,以及室外和O2I場(chǎng)景。與此同時(shí),考慮直放站以輕量化協(xié)議棧為主要設(shè)計(jì)目標(biāo),因此重點(diǎn)關(guān)注單跳固定網(wǎng)絡(luò)控制直放站部署方式。

      此外,考慮目前5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和商用化日趨成熟,為了兼容網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有終端,因此確定網(wǎng)絡(luò)控制直放站相關(guān)的增強(qiáng)需對(duì)終端透明。在該假設(shè)下,作為對(duì)現(xiàn)有無(wú)線覆蓋的拓展,直放站的部署和使用由運(yùn)營(yíng)商主導(dǎo),通過(guò)與現(xiàn)有基站的耦合部署能夠提供有效的網(wǎng)絡(luò)性能增強(qiáng),并能有效規(guī)避由第三方影響(如終端控制直放站模式)導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)擁塞的現(xiàn)象。

      2 網(wǎng)絡(luò)控制信息

      2.1 網(wǎng)絡(luò)側(cè)控制信息

      網(wǎng)絡(luò)側(cè)控制信息主要指網(wǎng)絡(luò)通過(guò)圖 2所示控制鏈路向所關(guān)聯(lián)直放站傳輸?shù)挠糜诳刂浦狈耪具\(yùn)行配置的波束信息、定時(shí)信息、TDD上下行配置信息、開關(guān)信息、功控信息。

      (1)波束信息

      多天線技術(shù)對(duì)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的性能提升具有重大的作用,尤其是5G通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),針對(duì)中高頻通信的特點(diǎn),創(chuàng)新性地引入了模擬波束成形和波束管理技術(shù)。該技術(shù)能夠使傳統(tǒng)通信鏈路在目標(biāo)方向獲得最大的天線和波束成形增益,并通過(guò)空間濾波特性降低干擾。直放站服務(wù)-干擾示意圖如圖 3所示,傳統(tǒng)射頻直放站在多天線配置僅能基于網(wǎng)絡(luò)勘測(cè)規(guī)劃等方式對(duì)目標(biāo)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)固定方向或者全向覆蓋,提升盲點(diǎn)覆蓋但易對(duì)其他用戶產(chǎn)生干擾。

      圖3 直放站服務(wù)—干擾示意圖

      在網(wǎng)絡(luò)控制直放站研究中,進(jìn)一步引入波束指示信息,以實(shí)現(xiàn)針對(duì)圖 2所示各鏈路(如轉(zhuǎn)發(fā)鏈路)最佳波束的指示。通過(guò)初步的仿真驗(yàn)證,該特征的引入能夠進(jìn)一步強(qiáng)化直放站部署對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的改善。

      (2)定時(shí)信息

      傳統(tǒng)的設(shè)備在通過(guò)無(wú)線方式接入網(wǎng)絡(luò)時(shí),需要通過(guò)接收檢測(cè)同步信號(hào)等方式完成系統(tǒng)同步和定時(shí)信息獲取。對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制直放站,除了為保障控制鏈路正常運(yùn)行(如直放站接入、控制信息接收和上行反饋等)外,也需要研究是否需要額外基站指示信息以完成轉(zhuǎn)發(fā)鏈路的正常維護(hù)和運(yùn)行。

      (3)TDD上下行配置信息

      TDD上下行配置信息主要指示網(wǎng)絡(luò)中所使用的幀結(jié)構(gòu)信息,如上行、下行以及靈活幀的配置。圖1(b)中,在TDD系統(tǒng)中,為了準(zhǔn)確完成基站-終端數(shù)據(jù)的雙向轉(zhuǎn)發(fā),直放站系統(tǒng)必須能夠準(zhǔn)確獲知網(wǎng)絡(luò)TDD上下行配置信息。在傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)(如4G)實(shí)現(xiàn)中,該項(xiàng)配置一般固定不變,在相應(yīng)的直放站使用中,通過(guò)部署時(shí)預(yù)設(shè)置方式對(duì)該配置信息進(jìn)行固化。在5G系統(tǒng)中,引入了對(duì)于該配置信息的指示更新機(jī)制,因此需要研究相應(yīng)的機(jī)制保證直放站的適配使用,但該機(jī)制的必要性主要取決于現(xiàn)網(wǎng)中是否會(huì)使用動(dòng)態(tài)TDD的配置特征。不同時(shí)變等級(jí)的更新方案也會(huì)對(duì)直放站本身的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度產(chǎn)生影響,在方案設(shè)計(jì)時(shí)需要綜合考慮。

      (4)開關(guān)和功控信息

      圖3中,傳統(tǒng)射頻直放站在完成網(wǎng)規(guī)部署時(shí)無(wú)法根據(jù)目標(biāo)服務(wù)區(qū)域內(nèi)的用戶業(yè)務(wù)、信道變化等對(duì)自身狀態(tài)完成調(diào)整,可能引起不必要的干擾。本文針對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制直放站,討論使能/關(guān)閉直放站的轉(zhuǎn)發(fā)功能或功率水平的機(jī)制,以便降低由直放站部署而引入的干擾。

      從直放站應(yīng)用角度來(lái)看,開關(guān)和功控信息可以是控制一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制直放站的指示,也可以是對(duì)一個(gè)直放站的某一個(gè)或多個(gè)鏈路的控制。例如,為了避免對(duì)用戶設(shè)備的干擾,又不想影響用戶設(shè)備到基站的信號(hào)強(qiáng)度,僅對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)鏈路3進(jìn)行關(guān)閉或降低功率,保持轉(zhuǎn)發(fā)鏈路2和鏈路4的開啟和功控狀態(tài)。需要強(qiáng)調(diào)的是,由于網(wǎng)絡(luò)控制直放站采用透明轉(zhuǎn)發(fā)工作模式,通過(guò)轉(zhuǎn)發(fā)鏈路傳遞的數(shù)據(jù)(如物理信道)對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制直放站均是不可見的,因此為了完成針對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)信道的功率調(diào)整,現(xiàn)有協(xié)議中針對(duì)物理信道的功控機(jī)制需要增強(qiáng)。

      2.2 信令承載

      在網(wǎng)絡(luò)控制直放站系統(tǒng)中,對(duì)傳輸網(wǎng)絡(luò)控制信息的信令承載設(shè)計(jì)主要依照直放站與基站交互功能的定義完成圖2所示的控制鏈路的協(xié)議棧設(shè)計(jì)。在現(xiàn)有5G通信系統(tǒng)中,為了完成基站與用戶間的數(shù)據(jù)傳輸,需要支持用戶面和控制面的完整協(xié)議棧(包括無(wú)線資源控制(ra2io resource control,RRC)、介質(zhì)訪問控制(me2ium access control,MAC)和物理層(physical layer,PHY)協(xié)議)。對(duì)直放站系統(tǒng)而言,考慮其場(chǎng)景應(yīng)用的靈活度(如單跳固定部署)、鏈路信道特征和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量等特征,并參考內(nèi)部控制單元實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度,其所需的信令配置設(shè)計(jì)存在進(jìn)一步簡(jiǎn)化的空間。當(dāng)圖2所示的直放站內(nèi)部控制單元僅具有有限通信功能,在信令承載設(shè)計(jì)時(shí),可以側(cè)重于采用O&M (operation an2 management) 完成特定信息的預(yù)配置(如配置特定資源位置),或者簡(jiǎn)化現(xiàn)有配置信令架構(gòu)(如裁剪冗余配置參數(shù)和功能)等。

      3 直放站管理

      在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中,考慮接入網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)所具備的功能,以及其對(duì)無(wú)線電接入網(wǎng)(ra2io access network,RAN)側(cè)調(diào)度和核心網(wǎng)功能的影響,需要采用不同程度的管理(包含識(shí)別和鑒權(quán))。網(wǎng)絡(luò)控制直放站除了具備傳統(tǒng)直放站的轉(zhuǎn)發(fā)功能外,還引入了與基站交互的功能,進(jìn)而使能網(wǎng)絡(luò)對(duì)直放站的控制。本文對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制直放站的管理過(guò)程進(jìn)行研究。

      3.1 直放站識(shí)別

      由于網(wǎng)絡(luò)控制直放站與傳統(tǒng)用戶具有不同的調(diào)度需求,以及直放站引入對(duì)正常終端調(diào)度存在潛在影響,因此在RAN側(cè)(即基站側(cè))需要完成對(duì)直放站的識(shí)別。除了基于實(shí)現(xiàn)的方式外,考慮直放站可能采用現(xiàn)有初始接入過(guò)程完成網(wǎng)絡(luò)接入,對(duì)直放站的識(shí)別可以在該過(guò)程完成,以降低RAN側(cè)對(duì)直放站的響應(yīng)時(shí)延。例如,隨機(jī)接入機(jī)制流程如圖 4所示,通過(guò)四步隨機(jī)接入和兩步隨機(jī)接入過(guò)程完成RAN側(cè)識(shí)別。

      圖4 隨機(jī)接入機(jī)制流程

      具體來(lái)看,四步隨機(jī)接入過(guò)程的步驟1通過(guò)特定配置給網(wǎng)絡(luò)控制直放站的隨機(jī)接入時(shí)機(jī)和/或前導(dǎo)碼,由基站識(shí)別接入的設(shè)備是否為網(wǎng)絡(luò)控制直放站。步驟3通過(guò)特定設(shè)計(jì)用于網(wǎng)絡(luò)控制直放站的消息3的內(nèi)容,使基站識(shí)別接入設(shè)備。對(duì)于兩步隨機(jī)接入過(guò)程,可以在步驟1中通過(guò)基站接收特定前導(dǎo)碼和識(shí)別信息,完成RAN側(cè)對(duì)直放站的識(shí)別。

      同時(shí),由于直放站對(duì)基站-用戶雙向數(shù)據(jù)的采用透明化轉(zhuǎn)發(fā),并且直放站本身對(duì)網(wǎng)絡(luò)側(cè)收費(fèi)等功能均無(wú)額外影響,因此不需要在核心網(wǎng)側(cè)進(jìn)行識(shí)別。

      3.2 直放站鑒權(quán)

      傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),如IAB、中繼等,需要支持靈活的拓?fù)湔{(diào)整(支持多跳和移動(dòng)性)以及對(duì)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)完成不同層級(jí)的解調(diào)處理,因此需要在核心網(wǎng)側(cè)實(shí)現(xiàn)深度識(shí)別和鑒權(quán)過(guò)程。對(duì)直放站系統(tǒng),考慮其有限的功能,與傳統(tǒng)直放站類似,并不存在安全問題,所以不需要支持接入網(wǎng)級(jí)別的鑒權(quán)過(guò)程,相應(yīng)的識(shí)別和鑒權(quán)功能均可以在RAN側(cè)實(shí)現(xiàn)。

      4 仿真與分析

      引入網(wǎng)絡(luò)側(cè)控制信息后,新型直放站系統(tǒng)有望克服傳統(tǒng)直放站部署引起的局部網(wǎng)絡(luò)干擾惡化現(xiàn)象,進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò)總體性能。本節(jié)在典型蜂窩網(wǎng)絡(luò)部署模型下,對(duì)波束信息的作用進(jìn)行分析。

      4.1 仿真假設(shè)和布局

      仿真布局示例如圖5所示,為了在如圖5(a)所示的典型蜂窩網(wǎng)絡(luò)中驗(yàn)證引入網(wǎng)絡(luò)控制直放站的性能,本文仿真中除了原有基站層,還引入了如圖 5(b)所示的直放站。其中,直放站建模由兩個(gè)背靠背面板組成,分別模擬對(duì)基站側(cè)的單元(虛線表示該單元法線方向)和用于服務(wù)用戶的單元(實(shí)線表示該單元法線方向)。仿真中,直放站在各服務(wù)扇區(qū)中均勻分布,傳統(tǒng)射頻直放站在面向終端側(cè)采用固定方向波束,而網(wǎng)絡(luò)控制直放站,可以基于基站控制靈活改變其所使用的波束,采用與基站相同方式,對(duì)每個(gè)用戶使用基于波束訓(xùn)練后的服務(wù)波束。系統(tǒng)仿真假設(shè)見表 1。

      4.2 仿真結(jié)果及分析

      基于前文所述仿真配置,本文評(píng)估了直放站部署不同密度的網(wǎng)絡(luò)性能。下行SINR CDF分布如圖 6所示,相比于僅含有宏基站的部署,在引入傳統(tǒng)射頻直放站和網(wǎng)絡(luò)控制直放站后,網(wǎng)絡(luò)側(cè)的信干燥比(signal to interference an2 noise ratio,SINR)性能均有提升(尤其是在低SINR和中SINR區(qū)域),隨著直放站數(shù)目增加,該增益進(jìn)一步擴(kuò)大。該結(jié)果表明,在5G系統(tǒng)尤其高頻應(yīng)用下,直放站系統(tǒng)能夠有效彌補(bǔ)網(wǎng)絡(luò)覆蓋空洞。

      圖5 仿真布局示例

      圖6 下行SINR CDF分布

      表1 系統(tǒng)仿真假設(shè)

      進(jìn)一步,對(duì)比基于傳統(tǒng)直放站與網(wǎng)絡(luò)控制直放站的結(jié)果可以看到,隨著引入基站指示的波束信息,網(wǎng)絡(luò)側(cè)的SINR性能得到明顯提升,其增益值最大可提升1.2倍。與此同時(shí),可以看到在高SINR區(qū)域,隨著直放站數(shù)目的增強(qiáng),傳統(tǒng)直放站系統(tǒng)的服務(wù)鏈路由于采用固定波束方向,在對(duì)本小區(qū)用戶進(jìn)行服務(wù)的同時(shí),容易對(duì)該波束覆蓋范圍內(nèi)位于其他小區(qū)中心的用戶產(chǎn)生干擾,使部分高SINR用戶性能惡化。在網(wǎng)絡(luò)控制直放站下,通過(guò)對(duì)本小區(qū)目標(biāo)終端服務(wù)側(cè)波束的調(diào)整,可以有效抑制波束指向不匹配以及旁瓣泄露等因素造成的干擾惡化,有效地保障網(wǎng)絡(luò)性能。

      5 結(jié)束語(yǔ)

      本文介紹了在5G 演進(jìn)中引入的網(wǎng)絡(luò)控制直放站項(xiàng)目的研究?jī)?nèi)容和基本方向,并對(duì)使能網(wǎng)絡(luò)側(cè)指示波束信息的新型直放站性能進(jìn)行了評(píng)估。結(jié)果表明,在5G部署下,直放站系統(tǒng)能夠有效提升現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)性能,并且相較于傳統(tǒng)直放站,新型直放站能有效結(jié)合基站指示信息,針對(duì)性地優(yōu)化轉(zhuǎn)發(fā)鏈路的傳輸,進(jìn)一步提升接收信號(hào)質(zhì)量并有效降低干擾。此外,基于本文的成果和經(jīng)驗(yàn),將為后續(xù)演進(jìn)方向的智能超表面(reconfigurable intelligent surface,RIS)的研究和標(biāo)準(zhǔn)化提供基礎(chǔ),更好地發(fā)揮智能超表面的優(yōu)勢(shì)[21-25]。

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