1.3　Small Cell技术进展

1.3.1　Small Cell标准进展

3GPP是目前全球最重要的移动通信标准化组织之一。3GPP制定的LTE（Long Term Evolution）已经成为目前全球最主流的宽带无线移动通信标准。随着LTE的全球化部署，LTE标准化工作也不断加快，目前，LTE标准演进已经进入R16阶段。

3GPP对Small Cell的标准化工作开始于R8版本，在R8标准中引入Home NodeB（HNB）、Home eNodeB（HeNB）的概念，明确了HNB和HeNB的基本功能，并且实现了闭合用户组（CSG，Closed Subscriber Group）接入模式。在R9中提出混合接入模式（可以允许部分非注册用户接入），并且实现了室外基站与HeNB之间基于S1接口的切换。在R10中实现了属于同一个CSG的家庭基站之间基于X2接口的切换，支持LIPA和SIPTO技术，并且实现了基于ABS的干扰消除技术。在R11中对移动性管理和干扰消除技术进行了增强，提出了室外基站与HeNB之间基于X2接口的切换，减轻了核心网的信令开销，并且实现了低功率ABS的干扰消除技术，提升了系统的容量。

在R12版本阶段，Small Cell标准化工作迎来了飞速的发展。由于全球各大移动设备厂商和运营商都预见到无线数据业务在未来的迅速增长，在R12版本中，Small Cell技术成为3GPP标准化工作中的重要组成部分，几乎获得3GPP所有参与公司的支持，是R12最核心的立项。在R12中对Small Cell的研究统称为（SCE，Small Cell Enhancement），共分3个阶段进行。第一阶段是2012年9月~12月，对Small Cell增强的需求阶段进行讨论，对SCE典型应用场景、需求等关键问题进行了定义，形成了相关的技术报告TR36.932。第二阶段是2013年1月~12月，分别进行了SCE物理层及高层的研究立项。在物理层（RAN1）的研究目标是提升频谱效率和运营效率，主要的研究内容包括256QAM高阶调制、降低开销、跨子帧调度、动态小区开关、小区发现、空口同步增强等。高层（RAN2）主要研究用户面/控制面增强，包括用户面和控制面的协议设计、移动性和测量增强、优化的移动性控制方案、优化的无线承载管理机制、宏基站和小小区的层间协调和交换过程等。第三阶段是2013年9月~2014年6月，R12版本冻结，对SCE研究阶段的相关研究内容进行相关的标准化立项[4]。

1.3.2　Small Cell面临的挑战

1．异构网的干扰

采用异构网的架构进行组网能够在很大程度上改善边缘用户的吞吐量，从而提高整个网络的系统容量。但是由于频率资源有限，小基站和宏基站工作在相同的频段上，这就使两种类型的基站工作时使用相同的频段进行数据传输，引起相互间的干扰。异构网中的干扰主要分为跨层干扰和同层干扰两类：跨层干扰是指小基站和宏基站之间的干扰；同层干扰是指小基站之间以及宏基站之间的干扰。

如图1.2所示，跨层干扰可分为两类场景。为了便于说明，我们将接入宏基站的UE称为MUE，将接入小基站的UE称为SUE。第一类场景为MUE与小基站之间的干扰。当MUE处于宏基站边缘或进入小基站覆盖区域，小基站下行链路将对其造成干扰。特别地，属于CSG的小基站会在宏基站中形成一个覆盖空洞，MUE接近此区域时所受干扰较大。由于MUE与宏基站距离增大或障碍物遮挡等因素，MUE加大发射功率与宏基站通信，也会影响小基站的上行链路。第二类场景为SUE与宏基站之间的相互干扰。当SUE移动至小基站的覆盖边缘，为确保自身的QoS，会尽可能以较大功率与小基站通信，因此，会影响宏基站的上行链路，这在小基站与宏基站距离较近时较为明显，同时SUE也受到宏基站下行链路的干扰。通常，跨层干扰管理包括两方面：一是抑制给宏基站造成的干扰，二是滤除宏基站给小基站带来的干扰，以提高两层网络间频谱、功率等无线资源的利用率，最大化网络性能。

小基站之间的同层干扰指的是由属于同一层的小基站之间引起的干扰，如图1.3所示。当处于小区边缘的UE 1与Small Cell 1进行通信时，Small Cell 2的下行信号会对UE 1产生干扰，同时UE 1的上行信号也会干扰Small Cell 1的上行链路。小基站的部署很大程度上是根据用户的需要随机进行部署，没有进行合理的规划和设计，在实际中这样的部署会造成小基站之间的距离非常短，使得小基站之间的干扰情况更加严重。

图1.2　跨层干扰

2．移动切换频繁

切换是保证用户移动通信的连续性、保障用户体验的重要手段。对于LTE系统来说，切换时主要涉及两个参数：门限和触发时间。具体来说，就是当另外一个小区的信号强度超过服务小区信号强度一定门限的时间持续若干个TTI以上，则触发测量上报并由网络触发切换。在切换机制方面，可以采用基于覆盖、负荷和频率选择性的切换机制。基于覆盖的切换是基于对覆盖的测量，优先切换到覆盖好的频段。基于负荷的切换是当两个小区负荷差值大于门限时，触发异频切换。频率选择性切换是UE优先驻留在一个频段上，待达到某一条件后切换到另外一个频段。

图1.3　同层干扰

目前，LTE的切换参数主要是为同构网络的环境而设计的。但是随着小基站的演进，出现了更多非连续部署的小基站和宏基站之间特殊的移动性场景，使得不同类型基站间的切换场景更加复杂。首先，由于小基站的覆盖范围小，用户在小区内驻留的时间短，尤其是高速移动用户，造成切换更加频繁。另外，由于小基站覆盖范围变小，小基站的覆盖边界更多、更加不规则，在用户发生移动时，造成切换乒乓效应。并且，在小基站可以利用休眠降低基础功耗时，用户如何准确地发现相邻的休眠基站，并激活相应的基站，进行切换操作，仍有待进一步的研究。

3．回传网络

回传网络（Backhaul）又称回程网络，是部署在蜂窝系统基站与核心网之间用于用户数据和信令交互的网络。基站下行发送的数据以及基站间协作过程中需要共享的信息都需要通过回传网络进行传输。

回传网络的传输介质主要可分为有线和无线两种。有线回传主要包含铜线、光纤等传输介质。有研究指出，现行蜂窝移动通信网络中有线回传的使用比例在85%以上。但是，在超密集小基站系统中，若为所有小基站配置有线介质回传网络，网络的部署成本将大幅増加。因此，研究具有低成本、高可靠性的新型回程网络是小基站系统面临的挑战之一。

无线回传技术无须额外部署专用的光纤电缆，可以提高节点部署的灵活性，降低部署成本，满足小基站超密集组网对回传网络灵活、经济的要求，因而受到了学术界越来越多的关注。无线回传技术按照其部署的频带可以分为带内自回传和带外无线回传两类。其中，带内自回传技术是指回传链路与接入链路使用相同的频带，通过时分或频分的方式复用无线传输资源的回传网络技术。而带外无线回传主要是指利用与无线通信接入链路不同的频带进行回程数据传输的回传网络技术，其能够利用的频段包括微波频段和毫米波频段。

有研究指出，将无线回传技术与毫米波和大规模MIMO技术结合是一种应对超密集小基站回传网络部署挑战的有效手段。利用大规模MIMO技术，无线回传网关能够与小基站间形成点对多点的海量无线回传链路。而毫米波频段可以提供更宽的传输带宽，大幅提升无线回传链路的容量。此外，在小基站处配置缓存，将最受欢迎的内容缓存在小基站内，也被认为是一种有效降低回传网络容量要求的技术。