異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)綜述性調(diào)研

異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中文綜述提高系統(tǒng)容量的關(guān)鍵技術(shù)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(shù)(MIM0)、高階調(diào)制技術(shù)、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(méi)有被授權(quán)的頻譜(毫米波技術(shù))以及載波聚合技術(shù)等;第三種為增加網(wǎng)絡(luò)基站密度，通過(guò)縮小小區(qū)半徑部署更多的基站，提高并大量的復(fù)用頻譜資源，從而增加系統(tǒng)容量，例如異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)(HetNet)技術(shù)以及更進(jìn)一步的超密度網(wǎng)絡(luò)(UDN)技術(shù)等，其中UDN技術(shù)通過(guò)在熱點(diǎn)區(qū)域部署極大數(shù)量的節(jié)點(diǎn)，并可以采用頻點(diǎn)更高的毫米波，以更大的頻譜帶寬為低移動(dòng)速率高速率需求的用戶提供極短距離的高速通信。HetNet技術(shù)將是帶來(lái)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)容量增長(zhǎng)以應(yīng)對(duì)未來(lái)數(shù)據(jù)流量陡增的一種及時(shí)有效的途徑。在傳統(tǒng)宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)層中，通過(guò)部署大量低功率的微基站(PBS)、家庭基站(FBS)、中繼(Relay)等接入點(diǎn)，形成低功率節(jié)點(diǎn)(LPN)層，提高并大量復(fù)用頻譜資源，并針對(duì)性地部署(例如在熱點(diǎn)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(duì)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(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的熱點(diǎn)/空洞覆蓋問(wèn)題，但是也會(huì)使得通信網(wǎng)絡(luò)變得更為復(fù)雜，進(jìn)而帶來(lái)一些新的難題和挑戰(zhàn)。本小節(jié)將對(duì)HetNet技術(shù)所面臨的主要挑戰(zhàn)進(jìn)行分析和探討。(1)HetNet中負(fù)載均衡的挑戰(zhàn)在傳統(tǒng)的同構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，用戶接入基站的標(biāo)準(zhǔn)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(huì)選擇信干噪比(SINR)最高的基站作為服務(wù)基站，即Max-SINR接入準(zhǔn)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?xí)嗖顜讉€(gè)量級(jí)，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(diǎn)區(qū)域，用戶接收到的MBS的鏈路質(zhì)量可能依然會(huì)高于LPN，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)負(fù)載嚴(yán)重不均衡的問(wèn)題，即大部分用戶依然接入MBS，而LPN中只有很少甚至沒(méi)有服務(wù)用戶的情況。從網(wǎng)絡(luò)側(cè)看，網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的不均衡問(wèn)題導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中的負(fù)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(cè)看，根據(jù)容量公式，用戶吞吐量的提升主要來(lái)源于兩個(gè)因素，即信道條件及可用資源。盡管采用Max-SINR的接入準(zhǔn)則會(huì)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(wù)大量的用戶，使得每個(gè)MBS用戶所獲得的資源過(guò)少，因此其吞吐量性能很難獲得有效的增益。相對(duì)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(duì)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(jī)會(huì)），完全可以彌補(bǔ)信道條件下降帶來(lái)的損失，從而大幅度的提高用戶的吞吐量性能。因此針對(duì)HetNet技術(shù)，需要設(shè)計(jì)新的用戶歸屬準(zhǔn)則，將部分MBS用戶強(qiáng)制性接入到LPN，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的分流，均衡MBS與LPN之間的負(fù)載，充分利用LPN中的閑置資源，提升網(wǎng)絡(luò)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(duì)于MBS是一種更為經(jīng)濟(jì)節(jié)能的基站類型，因?yàn)槠洳恍枰照{(diào)等高能耗單元維持正常的運(yùn)轉(zhuǎn)，相較于MBS在滿發(fā)射功率下場(chǎng)景下（43dBm）需要224『的能耗，LPN在滿功率發(fā)射場(chǎng)景下（發(fā)射功率為37dBin），其能耗為69FF，而在LPN沒(méi)有負(fù)載時(shí)，其只需要39W即可以維持正常運(yùn)行HetNet能耗隨LPN個(gè)數(shù)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，可以看出部署LPN帶來(lái)系統(tǒng)能耗的大量上升（LPN個(gè)數(shù)為4時(shí),系統(tǒng)能耗上升144%），并且會(huì)隨著LPN密度的增加呈現(xiàn)類似于線性增長(zhǎng)趨勢(shì)。即使采用DTX技術(shù)，如果僅僅將沒(méi)有負(fù)載的LPN設(shè)置成DTX狀態(tài)，其節(jié)能效果也非常有限，例如在LPN個(gè)數(shù)為10時(shí)，只可以帶來(lái)10%的節(jié)能效果。經(jīng)估計(jì)，到2020年，全球約部署1億個(gè)LPN，需要消耗4.4TWh的能量，將會(huì)帶來(lái)大量的運(yùn)營(yíng)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(shù)發(fā)展的關(guān)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(wú)線通信技術(shù)的迅速發(fā)展、人們通信方式發(fā)生了改變，從最初語(yǔ)音和短消息業(yè)務(wù)逐漸演變成寬帶多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，并且數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)占用戶業(yè)務(wù)總量的比例逐年增高。LTE技術(shù)的發(fā)展，對(duì)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(jì)，在宏蜂窩的覆蓋下，大量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)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(hào)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)，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(wù)質(zhì)量。隨著網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的扁平化發(fā)展和SmallCell的加入，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)更加復(fù)雜化，運(yùn)營(yíng)商為了更好地管理網(wǎng)絡(luò)，提出了自組織網(wǎng)絡(luò)(SON)的概念，使網(wǎng)絡(luò)可實(shí)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(shè)備,SON管理方法尤其重要，其SON技術(shù)要求較高，要求CCO(CoverageandCapacityOptimization,覆蓋與容量自優(yōu)化)能及時(shí)有效地實(shí)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(fù)雜通信環(huán)境下，存在網(wǎng)絡(luò)擁塞和負(fù)載不均衡等問(wèn)題。移動(dòng)負(fù)載均衡作為SON的重要功能之一,處理基站間業(yè)務(wù)量的不均衡，通過(guò)對(duì)過(guò)載基站業(yè)務(wù)的負(fù)載分流以及對(duì)閑置資源的借調(diào),從而提高資源利用率和用戶業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量，將超載基站的業(yè)