小小区增强物理层技术

范霄 安华为技术有限公司高级工程师

夏媛 华为技术有限公司高级工程师

闫志宇 华为技术有限公司高级工程师

郑娟 华为技术有限公司高级工程师

小小区增强物理层技术

范霄 安华为技术有限公司高级工程师

夏媛 华为技术有限公司高级工程师

闫志宇 华为技术有限公司高级工程师

郑娟 华为技术有限公司高级工程师

小小区物理层技术旨在提升频谱效率、优化运营效率，具体技术包括引入高阶调制方式、小区开关和小区发现等。空口间同步技术作为GNNS或1588等同步技术的补充，可以使小站以较低成本实现同步。

小小区 高阶调制 小区开关 小区发现 空口同步

1 引言

部署低发射功率的小小区是应对爆炸式的移动业务增长需求的一个有效途径，在热点区域显得尤为重要。低发射功率的小小区有很多类型，广义地来讲，低于宏站发射功率的基站都可以归为小小区。

由于小小区的覆盖范围较小，通常服务的UE数量比较小。在部署密度不大或者业务负载不高的时候，小区信道条件好的UE占比较大。这样的信道条件为引入更高阶的调制方式提供了基础。256QAM成为了小小区频谱效率提升的重要技术。

小小区服务的UE数量少，且变化比宏区快。研究表明，根据业务负载来调整小小区的开启和关闭可以有效地提高网络的运营效率，节省资源。小区发现和快速的小小区开关都是物理层增强的重要技术。

TDD制式在较高频段具有一定的竞争优势。这些频段又适合部署小小区。TDD系统对网络同步有严格的要求。在不方便通过卫星或者有线方式进行同步的情况下，通过空口进行网络同步具有灵活且成本低的优势。随着一些精细网络协同技术的引入，比如增强的干扰协调（eICIC、FeICIC）、干扰消除、CoMP等，FDD的系统也有了对同步的需求。小小区空口同步增强成为了一个重要的方向。簇的小小区部署在宏站频率层（F1）覆盖范围之内（或外）使用同频（F1）或者异频（F2）进行部署，这一部署场景包括了4种子场景（见图2）。

图1 小小区增强针对的应用场景

2 小小区增强场景在研究中的分类

图1给出了所有适用场景的一个共性描述，即成

Scenario 1的特点如下：

●小站部署区域有宏区覆盖。

●小站和宏站同频部署（F1）。

●小站部署在室外。

●小站成簇部署，簇内较为密集，密度大概为每簇4～10个小站，簇大小为半径70m的圆。

●理想或非理想的站间回传。

Scenario 2a和Scenario 1类似，唯一的差别在于Scenario 2a的小站和宏站是异频部署。Scenario 2b和Scenario 2a类似，唯一的差别在于小站部署在室内。

Scenario 3和Scenario 2b类似，差别在于：

图2 用于研究的重点应用场景分类

●Scenario 3中无宏区覆盖，小小区孤立布放。

●Scenario3中除了室内密集的小基站布放，还需要考虑稀疏布放的场景（每簇只包括2个小基站）。

3 频谱效率增强——下行高阶调制

在小小区增强技术的应用场景中，高信噪比的UE可以在下行链路传输使用256QAM等较高阶的调制方案。本章将从链路级和系统级的角度评估256QAM的潜在增益。

（1）256QAM链路级评估

图3展示了不同收端/发端EVM下256QAM和64QAM的频谱效率，从中可以看出发端EVM比收端EVM的影响要小得多。其原因是，在发端引入的EVM经历与有用信号相同的多径信道，而在收端引入的EVM在频域上是平坦的。当发端EVM为4%时，256QAM在高信噪比区域可以提供约30%的吞吐量增益。收端EVM为4%时，256QAM的增益会显著降低，在高信噪比区域仅能提供约5%的吞吐量增益。

图4展示了不同收端EVM下256QAM和64QAM的频谱效率，其中发端EVM固定为4%。从图4可见随着收端EVM的下降，256QAM的性能急剧增加，收端EVM为2%时除外；256QAM可以提供大约15%的增益，收端EVM为3%时除外；256QAM可以提供大约7%的增益。实际上，考虑到已识别出的影响因素，在UE侧可实现的EVM可以低至2%～3%。并且，由于256QAM是小小区的一个新特性，对于某些类型的UE采用新设计以降低收端EVM是可能的。因此，可预计将来能实现更低的EVM。

图3 不同收端/发端EVM下256QAM和64QAM的频谱效率

图4 不同收端EVM下256QAM和64QAM的频谱效率，发端EVM固定

（2）256QAM系统级评估

图5 引入256QAM的吞吐量增益

图5展示了在不同的收端EVM和不同的CRS干扰时256QAM在系统级评估中能够提供的吞吐量增益。其中，小小区的发端EVM假设为4%，宏小区的发端EVM假设为8%。从图中还可以看出，在室内和室外场景中，256QAM都可以提供小区平均吞吐量增益，特别是在Scenario 3（稀疏）、2b（稀疏）中。如果CRS干扰被除去，在使用NCT、动态小区开关等技术时，256QAM的增益将被进一步提高。

根据所有的评估和分析结果，可以看出256QAM在小小区场景下可以取得显著的增益。

4 运营效率提升——小区开关和小区发现

小小区在无业务传输的情况下可以关闭、停止信号发送（包括公共导频信号和广播信道等），以减少对于邻区的干扰，以提升整体网络效率。多种不同的小小区动态和半静态开关方案如下：

●基线方案，没有任何开关。

●半静态开关方案。

●理想动态开关方案。

●周期性减少CRS的方案。

与半静态开关方案相比，根据业务负载动态地进行小区开关可以获得更大的增益。理想的动态开关方案提供了小区开关的一个增益上限。周期性减少CRS的方案也可以被看作是一种动态开关的方案。然而，更动态的小区开关方案对现有协议的改动相对更多，受限于LTE R12的时间窗和工作负载等因素，此项技术暂时还没有标准化。

在允许小小区半静态开关的网络中，UE主动发现关闭的小小区上报给网络，网络可以根据负载干扰等情况决定是否打开这些关闭的小区为UE服务。用于发现小区的参考信号称作DRS（Discovery RS），在小区关闭的状态下，仍然会周期性地发送DRS供UE检测和发现小区使用。DRS包括同步信号（Synchronization Signal）和公共参考信号（Common Reference Signal），还可以包括信道状态参考信号（CSI-RS）。UE根据网络配置的周期检测DRS，上报信道质量，供网络决策。

5 空口同步增强

在小小区增强的技术中，为了便于描述，将为其他小区提供同步的小区定义为源小区，将从其他小区获取同步的小区定义为目标小区。在一个小小区簇内，可能包括多个源小区，并且如果簇内的所有目标小区不能够从相同的源小区获取同步，那么在该簇内，就需要实现多跳同步。基于空口同步解决方案的研究包括以下几个方面：

●可以获得的同步精度。

●资源开销。

●与其他技术之间的兼容性，例如小小区开关等。

●对协议的影响。

网络侦听是网络空口同步的重要技术。目标小区通过监听源小区发送的网络侦听参考信号，例如公共参考信号（Common Reference Signal）和定位参考信号（Positioning Reference Signal），直接和源小区保持同步。图6为网络侦听结构图，当目标小区和源小区同频或者邻频部署时，目标小区在检测源小区时需要停止数据发送。

在增强的同步技术中，允许OAM为网络配置用于空口同步的参考信号，即侦听信号的类型、周期和偏置。互相干扰的小区之间可以通过对OAM信号的解析或者通过S1口信息交互，来决定静默干扰源的传输，提高侦听质量。运营商通过OAM为整个网络配置侦听信号，可以将全网的侦听信号统一配置，减少侦听时隙，降低开销。对于邻频部署的TDD网络，两个运营商可以通过协商OAM配置参数来协同空口同步。

图6 网络侦听结构图

1 3GPP TR 36.872.Small Cell Enhancements for E-UTRA and E-UTRAN-Physical LayerAspects

Physical Layer Techniques for Small Cell Enhancements

Physical layer techniques for small cell enhancements aim to improve the spectrum efficiency as well as the operation efficiency,which include higher order modulation,small cell on/off and cell discovery.In addition,air interface based synchronization can be applied flexibly and with low cost,when the traditional synchronization technologies (based on GNNS or backhaul)are not applied.

small cell,higher order modulation,cell on/off,cell discovery,air interface based synchronization

2014-12-26）