小小區增強物理層技術

范霄 安華為技術有限公司高級工程師

夏媛 華為技術有限公司高級工程師

閆志宇 華為技術有限公司高級工程師

鄭娟 華為技術有限公司高級工程師

小小區增強物理層技術

范霄 安華為技術有限公司高級工程師

夏媛 華為技術有限公司高級工程師

閆志宇 華為技術有限公司高級工程師

鄭娟 華為技術有限公司高級工程師

小小區物理層技術旨在提升頻譜效率、優化運營效率，具體技術包括引入高階調制方式、小區開關和小區發現等。空口間同步技術作為GNNS或1588等同步技術的補充，可以使小站以較低成本實現同步。

小小區 高階調制 小區開關 小區發現 空口同步

1 引言

部署低發射功率的小小區是應對爆炸式的移動業務增長需求的一個有效途徑，在熱點區域顯得尤為重要。低發射功率的小小區有很多類型，廣義地來講，低于宏站發射功率的基站都可以歸為小小區。

由于小小區的覆蓋范圍較小，通常服務的UE數量比較小。在部署密度不大或者業務負載不高的時候，小區信道條件好的UE占比較大。這樣的信道條件為引入更高階的調制方式提供了基礎。256QAM成為了小小區頻譜效率提升的重要技術。

小小區服務的UE數量少，且變化比宏區快。研究表明，根據業務負載來調整小小區的開啟和關閉可以有效地提高網絡的運營效率，節省資源。小區發現和快速的小小區開關都是物理層增強的重要技術。

TDD制式在較高頻段具有一定的競爭優勢。這些頻段又適合部署小小區。TDD系統對網絡同步有嚴格的要求。在不方便通過衛星或者有線方式進行同步的情況下，通過空口進行網絡同步具有靈活且成本低的優勢。隨著一些精細網絡協同技術的引入，比如增強的干擾協調（eICIC、FeICIC）、干擾消除、CoMP等，FDD的系統也有了對同步的需求。小小區空口同步增強成為了一個重要的方向。簇的小小區部署在宏站頻率層（F1）覆蓋范圍之內（或外）使用同頻（F1）或者異頻（F2）進行部署，這一部署場景包括了4種子場景（見圖2）。

圖1 小小區增強針對的應用場景

2 小小區增強場景在研究中的分類

圖1給出了所有適用場景的一個共性描述，即成

Scenario 1的特點如下：

●小站部署區域有宏區覆蓋。

●小站和宏站同頻部署（F1）。

●小站部署在室外。

●小站成簇部署，簇內較為密集，密度大概為每簇4～10個小站，簇大小為半徑70m的圓。

●理想或非理想的站間回傳。

Scenario 2a和Scenario 1類似，唯一的差別在于Scenario 2a的小站和宏站是異頻部署。Scenario 2b和Scenario 2a類似，唯一的差別在于小站部署在室內。

Scenario 3和Scenario 2b類似，差別在于：

圖2 用于研究的重點應用場景分類

●Scenario 3中無宏區覆蓋，小小區孤立布放。

●Scenario3中除了室內密集的小基站布放，還需要考慮稀疏布放的場景（每簇只包括2個小基站）。

3 頻譜效率增強——下行高階調制

在小小區增強技術的應用場景中，高信噪比的UE可以在下行鏈路傳輸使用256QAM等較高階的調制方案。本章將從鏈路級和系統級的角度評估256QAM的潛在增益。

（1）256QAM鏈路級評估

圖3展示了不同收端/發端EVM下256QAM和64QAM的頻譜效率，從中可以看出發端EVM比收端EVM的影響要小得多。其原因是，在發端引入的EVM經歷與有用信號相同的多徑信道，而在收端引入的EVM在頻域上是平坦的。當發端EVM為4%時，256QAM在高信噪比區域可以提供約30%的吞吐量增益。收端EVM為4%時，256QAM的增益會顯著降低，在高信噪比區域僅能提供約5%的吞吐量增益。

圖4展示了不同收端EVM下256QAM和64QAM的頻譜效率，其中發端EVM固定為4%。從圖4可見隨著收端EVM的下降，256QAM的性能急劇增加，收端EVM為2%時除外；256QAM可以提供大約15%的增益，收端EVM為3%時除外；256QAM可以提供大約7%的增益。實際上，考慮到已識別出的影響因素，在UE側可實現的EVM可以低至2%～3%。并且，由于256QAM是小小區的一個新特性，對于某些類型的UE采用新設計以降低收端EVM是可能的。因此，可預計將來能實現更低的EVM。

圖3 不同收端/發端EVM下256QAM和64QAM的頻譜效率

圖4 不同收端EVM下256QAM和64QAM的頻譜效率，發端EVM固定

（2）256QAM系統級評估

圖5 引入256QAM的吞吐量增益

圖5展示了在不同的收端EVM和不同的CRS干擾時256QAM在系統級評估中能夠提供的吞吐量增益。其中，小小區的發端EVM假設為4%，宏小區的發端EVM假設為8%。從圖中還可以看出，在室內和室外場景中，256QAM都可以提供小區平均吞吐量增益，特別是在Scenario 3（稀疏）、2b（稀疏）中。如果CRS干擾被除去，在使用NCT、動態小區開關等技術時，256QAM的增益將被進一步提高。

根據所有的評估和分析結果，可以看出256QAM在小小區場景下可以取得顯著的增益。

4 運營效率提升——小區開關和小區發現

小小區在無業務傳輸的情況下可以關閉、停止信號發送（包括公共導頻信號和廣播信道等），以減少對于鄰區的干擾，以提升整體網絡效率。多種不同的小小區動態和半靜態開關方案如下：

●基線方案，沒有任何開關。

●半靜態開關方案。

●理想動態開關方案。

●周期性減少CRS的方案。

與半靜態開關方案相比，根據業務負載動態地進行小區開關可以獲得更大的增益。理想的動態開關方案提供了小區開關的一個增益上限。周期性減少CRS的方案也可以被看作是一種動態開關的方案。然而，更動態的小區開關方案對現有協議的改動相對更多，受限于LTE R12的時間窗和工作負載等因素，此項技術暫時還沒有標準化。

在允許小小區半靜態開關的網絡中，UE主動發現關閉的小小區上報給網絡，網絡可以根據負載干擾等情況決定是否打開這些關閉的小區為UE服務。用于發現小區的參考信號稱作DRS（Discovery RS），在小區關閉的狀態下，仍然會周期性地發送DRS供UE檢測和發現小區使用。DRS包括同步信號（Synchronization Signal）和公共參考信號（Common Reference Signal），還可以包括信道狀態參考信號（CSI-RS）。UE根據網絡配置的周期檢測DRS，上報信道質量，供網絡決策。

5 空口同步增強

在小小區增強的技術中，為了便于描述，將為其他小區提供同步的小區定義為源小區，將從其他小區獲取同步的小區定義為目標小區。在一個小小區簇內，可能包括多個源小區，并且如果簇內的所有目標小區不能夠從相同的源小區獲取同步，那么在該簇內，就需要實現多跳同步。基于空口同步解決方案的研究包括以下幾個方面：

●可以獲得的同步精度。

●資源開銷。

●與其他技術之間的兼容性，例如小小區開關等。

●對協議的影響。

網絡偵聽是網絡空口同步的重要技術。目標小區通過監聽源小區發送的網絡偵聽參考信號，例如公共參考信號（Common Reference Signal）和定位參考信號（Positioning Reference Signal），直接和源小區保持同步。圖6為網絡偵聽結構圖，當目標小區和源小區同頻或者鄰頻部署時，目標小區在檢測源小區時需要停止數據發送。

在增強的同步技術中，允許OAM為網絡配置用于空口同步的參考信號，即偵聽信號的類型、周期和偏置。互相干擾的小區之間可以通過對OAM信號的解析或者通過S1口信息交互，來決定靜默干擾源的傳輸，提高偵聽質量。運營商通過OAM為整個網絡配置偵聽信號，可以將全網的偵聽信號統一配置，減少偵聽時隙，降低開銷。對于鄰頻部署的TDD網絡，兩個運營商可以通過協商OAM配置參數來協同空口同步。

圖6 網絡偵聽結構圖

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）