異構網(wǎng)絡綜述性調(diào)研

異構網(wǎng)絡中文綜述提高系統(tǒng)容量的關鍵技術總體上可以分為三類：第一類為提高頻譜效率，包括采用多天線技術(MIM0)、高階調(diào)制技術、非正交多址等方法；第二類為拓展頻譜帶寬，例如采用新的目前沒有被授權的頻譜(毫米波技術)以及載波聚合技術等;第三種為增加網(wǎng)絡基站密度，通過縮小小區(qū)半徑部署更多的基站，提高并大量的復用頻譜資源，從而增加系統(tǒng)容量，例如異構網(wǎng)絡(HetNet)技術以及更進一步的超密度網(wǎng)絡(UDN)技術等，其中UDN技術通過在熱點區(qū)域部署極大數(shù)量的節(jié)點，并可以采用頻點更高的毫米波，以更大的頻譜帶寬為低移動速率高速率需求的用戶提供極短距離的高速通信。HetNet技術將是帶來無線網(wǎng)絡容量增長以應對未來數(shù)據(jù)流量陡增的一種及時有效的途徑。在傳統(tǒng)宏蜂窩網(wǎng)絡層中，通過部署大量低功率的微基站(PBS)、家庭基站(FBS)、中繼(Relay)等接入點，形成低功率節(jié)點(LPN)層，提高并大量復用頻譜資源，并針對性地部署(例如在熱點區(qū)域或者宏基站覆蓋空洞區(qū)域部署)，以滿足部署地區(qū)對容量的需求。在HetNet中，LPN的大范圍部署雖然可以顯著提高系統(tǒng)的容量，緩解傳統(tǒng)同構蜂窩網(wǎng)絡中的熱點/空洞覆蓋問題，但是也會使得通信網(wǎng)絡變得更為復雜，進而帶來一些新的難題和挑戰(zhàn)。本小節(jié)將對HetNet技術所面臨的主要挑戰(zhàn)進行分析和探討。(1)HetNet中負載均衡的挑戰(zhàn)在傳統(tǒng)的同構蜂窩網(wǎng)絡中，用戶接入基站的標準通常是比較自身與基站之間的鏈路質(zhì)量，并直接選定鏈路質(zhì)量最好的基站接入，例如用戶通常會選擇信干噪比(SINR)最高的基站作為服務基站，即Max-SINR接入準則。但是從表1-1可以看出HetNet中不同類型基站的覆蓋范圍甚至會相差幾個量級，如果采用傳統(tǒng)的用戶接入方式，如圖1-4所示，即使將LPN部署到熱點區(qū)域，用戶接收到的MBS的鏈路質(zhì)量可能依然會高于LPN，從而導致網(wǎng)絡負載嚴重不均衡的問題，即大部分用戶依然接入MBS，而LPN中只有很少甚至沒有服務用戶的情況。從網(wǎng)絡側看，網(wǎng)絡負載的不均衡問題導致網(wǎng)絡中的負載不能有效的分流到LPN，從而限制了小區(qū)分裂增益的提升以及資源的有效利用。從用戶側看，根據(jù)容量公式，用戶吞吐量的提升主要來源于兩個因素，即信道條件及可用資源。盡管采用Max-SINR的接入準則會使得用戶總是接入到信道條件最好的基站，但是由于MBS服務大量的用戶，使得每個MBS用戶所獲得的資源過少，因此其吞吐量性能很難獲得有效的增益。相對而言，將部分用戶接入到信道條件次優(yōu)的LPN，雖然信道條件相對于接入MBS有所下降，但是由于LPN可以提供更多的資源（用戶可以獲得更多的調(diào)度機會），完全可以彌補信道條件下降帶來的損失，從而大幅度的提高用戶的吞吐量性能。因此針對HetNet技術，需要設計新的用戶歸屬準則，將部分MBS用戶強制性接入到LPN，進行網(wǎng)絡負載的分流，均衡MBS與LPN之間的負載，充分利用LPN中的閑置資源，提升網(wǎng)絡的資源利用率。（2）HetNet中干擾管理的挑戰(zhàn)在HetNet中，不同類型的基站組成了不同的層，例如MBS層、PBS層以及FBS層等，層與層之間的頻帶分配方式主要分為三種類型：共信道部署方式，即MBS與LPN層共用相同的頻譜資源；部分共信道部署方式，即將部分頻譜資源劃分給LPN層，而其他部分的頻譜資源給LPN和MBS共用；專用信道部署方式，即將頻譜資源劃分為正交的兩部分，其中一部分劃分給MBS使用，而另外一部分劃分給LPN使用。（3）HetNet中能效優(yōu)化的挑戰(zhàn)從基站端看，LPN相對于MBS是一種更為經(jīng)濟節(jié)能的基站類型，因為其不需要空調(diào)等高能耗單元維持正常的運轉，相較于MBS在滿發(fā)射功率下場景下（43dBm）需要224『的能耗，LPN在滿功率發(fā)射場景下（發(fā)射功率為37dBin），其能耗為69FF，而在LPN沒有負載時，其只需要39W即可以維持正常運行HetNet能耗隨LPN個數(shù)增長的趨勢，可以看出部署LPN帶來系統(tǒng)能耗的大量上升（LPN個數(shù)為4時,系統(tǒng)能耗上升144%），并且會隨著LPN密度的增加呈現(xiàn)類似于線性增長趨勢。即使采用DTX技術，如果僅僅將沒有負載的LPN設置成DTX狀態(tài)，其節(jié)能效果也非常有限，例如在LPN個數(shù)為10時，只可以帶來10%的節(jié)能效果。經(jīng)估計，到2020年，全球約部署1億個LPN，需要消耗4.4TWh的能量，將會帶來大量的運營成本和二氧化碳排放。因此如何降低HetNet中的能耗成為HetNet技術發(fā)展的關鍵，也是LPN能夠大規(guī)模部署的重要前提。小小區(qū)隨著寬帶無線通信技術的迅速發(fā)展、人們通信方式發(fā)生了改變，從最初語音和短消息業(yè)務逐漸演變成寬帶多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務，并且數(shù)據(jù)業(yè)務占用戶業(yè)務總量的比例逐年增高。LTE技術的發(fā)展，對室外覆蓋、容量性能有很大提高。但由于高載波頻率有較大的衰減損耗以及墻壁損耗，據(jù)統(tǒng)計，在宏蜂窩的覆蓋下，大量數(shù)據(jù)業(yè)務發(fā)生在室內(nèi)，有近45%的家庭用戶和30%的企業(yè)用戶的室內(nèi)信號不理想。因此，人們希望在室內(nèi)環(huán)境中可部署短距離和低功耗的無線網(wǎng)絡，用于改善室內(nèi)覆蓋，小型基站(SmallCell)等引入，為室內(nèi)用戶提供了高效的服務質(zhì)量。隨著網(wǎng)絡結構的扁平化發(fā)展和SmallCell的加入，移動網(wǎng)絡更加復雜化，運營商為了更好地管理網(wǎng)絡，提出了自組織網(wǎng)絡(SON)的概念，使網(wǎng)絡可實現(xiàn)自配置、自組織以及自優(yōu)化等。由于SmallCell是放給用戶的自配置設備,SON管理方法尤其重要，其SON技術要求較高，要求CCO(CoverageandCapacityOptimization,覆蓋與容量自優(yōu)化)能及時有效地實現(xiàn)LTESmallCell混合組網(wǎng)中覆蓋與容量自優(yōu)化。LTE宏蜂窩與SmallCell混合組網(wǎng)的復雜通信環(huán)境下，存在網(wǎng)絡擁塞和負載不均衡等問題。移動負載均衡作為SON的重要功能之一,處理基站間業(yè)務量的不均衡，通過對過載基站業(yè)務的負載分流以及對閑置資源的借調(diào),從而提高資源利用率和用戶業(yè)務服務質(zhì)量，將超載基站的業(yè)