Qorvo：用双链接+载波聚合“组合拳”应对组网容量难题
发布时间：2017-07-12 09:10:09
来源：Qorvo半导体
宏微协同异构网络是希望同时兼顾广域覆盖和局域覆盖思路的自然产物，它的主要特点是利用宏站“覆盖广，接入能力强，能够支持高速移动”的特性，对于数量非常大的用户提供有效的覆盖和各宏区之间的无缝切换。
据介绍，宏微协同异构网络的主要优势体现在，覆盖范围广、覆盖有效性高、用户接入能力强、可实现移动场景下基本业务的支持和移动无缝切换等。从这些优势来看，宏微混合组网势在必行。
记者了解到，在实际应用中，宏微异构网络部署又分两种方式实现，宏微“同频”组网和宏微”异频”组网。Nokia Shanghai Bell认为，在频率资源充足的情况下，宏微“异频”组网可以避免站间干扰，提供更高的小区性能。但事实上，当前的频率资源相对紧张，“异频”组网不太容易，绝大多数情况要面临宏微”同频”组网以提高频谱利用率。不过，”同频”宏微协同技术要想取得明显效果，必须要在抑制干扰的前提下进行。
Qorvo基础建设与国防产品亚太区FAE经理杨嘉对上述难题表示认同：“宏微协同首先要求单一宏微基站同时支持‘多模多频’的超宽带应用。其次，为支持其立体分层网络结构，在覆盖和干扰形式上也变得复杂。”他强调，特别是干扰问题，目前已经成为宏微协同最主要的障碍。
那么，要如何解决这个难题呢?杨嘉强调，要尽量避免出现同区域内强度相当的”同频”宏微组网，并利用宏微干扰协调技术以达到宏微小区间的负荷均衡。
Qorvo基础建设与国防产品亚太区FAE经理杨嘉
据了解，相比ICIC技术，FeICIC/eICIC不再只是针对业务信道，它也能降低不同小区控制信道间的干扰。在异构网络架构中，在宏站的覆盖范围内引入微站后，由于微站的发射功率较低，导致微站覆盖边缘的大部分用户仍选择接入宏站，这不利于微站分流宏站的负荷。
为了使用户尽可能地接入微站，3GPP提出了小区范围扩展(CRE)方案。在小区选择过程中，为微小区设置CRE偏置，使微站的覆盖范围扩大，在微站信号强度低于宏站时用户也可以接入微站，达到分担宏小区负荷的目的。CRE偏置越大，可以接入微站的用户就越多，微站的覆盖范围就越大，但同时其边缘用户越接近宏站，所受到的来自宏站的干扰也越强。而FeICIC/eICIC技术的引入可以很好地应对这种干扰，提升CRE区域的业务性能。
除了宏微干扰协调之外，还有宏微多点协作技术可以发挥作用。宏微多点协作主要考虑在宏微同覆盖场景下，宏站及微站之间，或者多个微站同时向同覆盖区域内的用户发送或接收数据以降低“同频”干扰，提升用户数据传输速率，满足用户业务传输需求。主要包括宏微CoMP以及宏微小区合并技术。宏微联合CoMP技术包含了诸如联合发送(JT)、动态点选择(DPS)、 协作调度/波束赋形(CS/CB)、联合接收(JR)等，其中，JR与CS是目前LTE基站设备所采用的主流技术方案。
除了宏微协同异构网络间的干扰，微微协同网络的干扰问题也客观存在。各大设备商和运营商都在积极尝试不同的产品形态以及组网模式，来提高通讯的服务质量以及灵活性。
目前来看，微微协同有两个明显的瓶颈：一个是覆盖问题，二是干扰问题，特别是室内环境空间受限，如室内线路、管路、装饰物布局错综复杂等。如此一来，对于接入微站的用户，就可能会存在处于”微站覆盖盲区”的问题，这种问题在房屋造型不平整、室内建筑与饰物布局复杂的情况下尤为明显。这些问题由于室内布局的局限性，需要在网络规划、站点选址、室内环境利用、频率规划等方面仔细加以斟酌。据记者了解，目前大部分干扰抑制和协调技术都能用于室内微站协同网络架构中。
综合来看，干扰协调技术、宏微多点协作技术、FelCIC/eICIC技术可以很大程度突破宏微协同组网面临的干扰问题。有了上述技术的存在，小区范围扩展(CRE)方案便能让用户在微站信号弱于宏站时用户也可以接入微站，并减少干扰因素。需要强调的是，上述所有这些增强协同的技术，单一的一种措施并不能达到最佳效果，需要多种手段配合。
2“高频”与“多频多模”挑战仍存室内要求灵活性更高
目前，国内2G/3G网络普遍使用800MHz、900MHz的中低频段，而4G网络所使用的频段普遍较高，如中国移动的4G网络使用频段以2.3G/2.6G等为主，中国电信和中国联通的4G网络使用频段以1.8G/2.1G/2.3G/2.6G等为主。
如此，4G网络的高频段组网必然导致4G站间距小于2G/3G网络，4G网络的站点规模则会大于2G/3G网络。因此到了4G时代，国内运营商在现有网络架构基础上建设4G网时就面临现有2G/3G基站站址资源不足的问题，这也成为制约运营商快速建设覆盖良好的4G网络的重要因素之一。而到了pre-5G、5G更高频时代，站址资源不足的问题将更为严重。
Qorvo杨嘉表示，高速增长的数据量需求，对无线设施提出了更高的带宽要求。对于小基站来说，更高频率及带宽频段的支持，以及多模多频段的支持已经成为小站的新要求。宏基站与小站间的干扰问题，相邻频段间的相互共存问题，高集成度带来的散热及效率问题都对小基站的设计和部署带来了挑战。对此，Qorvo针对技术上的挑战，相应开发了成套的具有竞争力的射频解决方案，可供设备商选择。
pre—5G/5G不仅仅是高载频大带宽，还要加上多天线(MIMO)。面对今后的新5G，小基站也将面临新的挑战，比如在频率使用上，小基站必须要有更高的频谱操作的灵活性和适应性，例如5G时代会用到30GHz甚至60GHz等更高频率，在部署过程中需要考虑这种高频的电波特性对于环境的适应度。另外，由于今后必然是大带宽模式，像LTE/LTE-A，如果没有载波聚合，也就20MHz带宽，今后室内基站有可能要支持超过100MHz带宽，这种大带宽的数据，对于信号处理和器件设计，都是不小的挑战。
出于“共存”、 “兼容”方面的考虑，室内小基站还要能够对目前Wi-Fi在用的非授权频率有较好的支持，这就产生一个多模式多频段操作的问题。这些都是需要认真考虑并给出切实解决方案的问题。
室内型小基站在尺寸小巧，外观美观易于部署的前提下，从技术上使用LTE多频段、LTE非授权频段、256QAM、4x4MIMO、LWA等，使单个基站的传输带宽突破了1Gbps。在今年的MWC2017上，Nokia就展示了在一个小基站上使用256QAM、LAA、3载波聚合的演示。
相比于3G到4G的微末载频提升，4G到5G有一个10-40倍的大幅度频率提升。而高频对于宏基站而言，覆盖范围太小，使得成本过高，再加上宏基站部署困难，站址资源不容易获取，因此在5G网络中，高频段资源将不再使用宏基站，微蜂窝成为主流，形式是以小基站为基本单位，进行超密集组网，即小基站的密集部署。未来随着高频频谱资源的大量引入，主流基站的覆盖范围将进一步缩小，小基站将承担越来越重要的作用。预计2020年全球小基站发货量有望达到千万数量级。
可见，小基站前景乐观，但建设仍不能一帆风顺，在同频异构干扰、多频多模的挑战面前仍需做出努力。在这些挑战面前，多方认为，双链接、载波聚合是解锁宏微组网容量的关键技术。
3 载波聚合+宏微间双链接解锁”组网容量”难题
目前，解决宏微异构组网“同频干扰”的主要技术，有干扰协调、多点协作、小区合并，而解决宏微融合以提升系统效率与容量的主要技术，有载波聚合技术、双链接技术、异系统合并，其中载波聚合技术为重中之重。
载波聚合是主要提升宏微组网容量的关键技术，它同时也是LTE-A的关键技术。据记者了解，其不仅应用于4G后期的宏基站之间，还用于宏微基站协调之间。因此，进一步推测，一旦载波聚合技术成熟，宏基站大量改造，宏微、微微之间协同组网广泛布置，整个4G+网络会迅速起来，而在这个过程中，小基站的规模也会普及起来。
Qorvo杨嘉表示，载波聚合技术可以将多个连续或离散的载波聚合在一起，以此提高传输带宽，从而提升组网容量，并且可以提高频谱碎片资源的利用率。目前各大主流运营商及设备供应商都在大力推进载波聚合的普遍商用。但从设计角度考虑，随着载波聚合数量的增加以及不同运营商差异化的频谱组合模式，使射频前端的设计变得更加困难和复杂。
宏微载波聚合主要应用于宏微同站或者宏微间具有低时延高速互连的场景，以满足载波聚合的高速数据传输要求。宏微间载波聚合应满足宏微间FDD+FDD或FDD+TDD制式的组网场景。其中，FDD+TDD载波聚合是一种重要的载波聚合方式，旨在充分发挥LTEFDD与TD-LTE的技术特性，更有效利用运营商不同制式的频谱资源。在宏微间FDD+TDD载波聚合功能部署时，应根据用户对宏站和微站的信号接收质量灵活地进行主载波设置。
其实，5G的新架构也应该会借鉴这些架构：一是宏微间双链接。宏微间双链接技术对回传时延要求较低，可应用于宏微间具有非理想回传的场景。宏微小区双链接技术中，用户可连接在多个小区中，控制面数据由覆盖范围更广的宏站发送，可使用户的RRC连接具有分集效应，提高用户移动效应；二是宏站和微站保持相对独立的连接，均可发送用户平面数据，可有效提高数据速率。此外，双链接技术还可在一定程度上解决传统宏微网络上下行负载不均衡的问题。
再看载波聚合技术，载波聚合在提升宏微组网容量方面的作用已经显现，但挑战仍在。 从目前的技术发展趋势来看，载波聚合正在越来越多的4G场合得到应用，但是从一些实际的实验和商用网络的运行情况看，还是存在一些问题。
首先，由于LTE的商用频段较多，聚合后的频谱组合模式是比较复杂的，那么首先在终端设备商用化方面，终端是制约载波聚合商用的关键因素。要发挥LTE-A网络载波聚合的优势，需要终端的配合。
其次，基站功能在实现载波聚合时需要尽量标准化，基于R10的LTE基站设备支持载波聚合，但各基站设备厂家在技术实现时并不一定完全相同，差异尚存。例如，在辅载波的增加与删除技术实现上，各厂家就可能采用不同的方式。
第三， “网络性能最优化”也是一个需要改进的方面。在载波聚合功能中，虽然是力求避免对现有商用网络造成大的影响，但必然还是会引入一些技术问题，需要对网络进行调整，以达到网络性能最优化。这其中包括单双载波间的切换、主载波负荷均衡、不同终端调度的优先策略等，需要通过试验网络进一步研究、优化，也需要在商用网络中对优化的技术手段进行验证。
总结
综上所述，宏微协同架构由于要考虑覆盖的有效性，加上目前合适的选址不易，面临严重的干扰问题。而这些干扰问题会被干扰协调技术、宏微多点协作技术和FeICIC/eICIC技术逐渐攻破。加上载波聚合技术、双链接技术和异系统合并等又很好地解决了宏微融合以提升系统效率与容量等问题，想必小基站会在pre-5Ghe 5G商用的道路上逐渐扫清障碍，真正迎来爆发的春天!
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在无线通信技术持续发展的当下，5G技术的研究和应用成为了业界的热点和前沿。其中，波形设计作为5G技术的重要组成部分，不仅关系到系统性能的提升，更对频谱利用率的优化和抗干扰能力的增强起到了决定性的作用。
