异构网络综述性调研

异构网络中文综述提高系统容量的关键技术总体上可以分为三类：第一类为提高频谱效率，包括采用多天线技术(MIM0)、高阶调制技术、非正交多址等方法；第二类为拓展频谱带宽，例如采用新的目前没有被授权的频谱(毫米波技术)以及载波聚合技术等;第三种为增加网络基站密度，通过缩小小区半径部署更多的基站，提高并大量的复用频谱资源，从而增加系统容量，例如异构网络(HetNet)技术以及更进一步的超密度网络(UDN)技术等，其中UDN技术通过在热点区域部署极大数量的节点，并可以采用频点更高的毫米波，以更大的频谱带宽为低移动速率高速率需求的用户提供极短距离的高速通信。HetNet技术将是带来无线网络容量增长以应对未来数据流量陡增的一种及时有效的途径。在传统宏蜂窝网络层中，通过部署大量低功率的微基站(PBS)、家庭基站(FBS)、中继(Relay)等接入点，形成低功率节点(LPN)层，提高并大量复用频谱资源，并针对性地部署(例如在热点区域或者宏基站覆盖空洞区域部署)，以满足部署地区对容量的需求。在HetNet中，LPN的大范围部署虽然可以显著提高系统的容量，缓解传统同构蜂窝网络中的热点/空洞覆盖问题，但是也会使得通信网络变得更为复杂，进而带来一些新的难题和挑战。本小节将对HetNet技术所面临的主要挑战进行分析和探讨。(1)HetNet中负载均衡的挑战在传统的同构蜂窝网络中，用户接入基站的标准通常是比较自身与基站之间的链路质量，并直接选定链路质量最好的基站接入，例如用户通常会选择信干噪比(SINR)最高的基站作为服务基站，即Max-SINR接入准则。但是从表1-1可以看出HetNet中不同类型基站的覆盖范围甚至会相差几个量级，如果采用传统的用户接入方式，如图1-4所示，即使将LPN部署到热点区域，用户接收到的MBS的链路质量可能依然会高于LPN，从而导致网络负载严重不均衡的问题，即大部分用户依然接入MBS，而LPN中只有很少甚至没有服务用户的情况。从网络侧看，网络负载的不均衡问题导致网络中的负载不能有效的分流到LPN，从而限制了小区分裂增益的提升以及资源的有效利用。从用户侧看，根据容量公式，用户吞吐量的提升主要来源于两个因素，即信道条件及可用资源。尽管采用Max-SINR的接入准则会使得用户总是接入到信道条件最好的基站，但是由于MBS服务大量的用户，使得每个MBS用户所获得的资源过少，因此其吞吐量性能很难获得有效的增益。相对而言，将部分用户接入到信道条件次优的LPN，虽然信道条件相对于接入MBS有所下降，但是由于LPN可以提供更多的资源（用户可以获得更多的调度机会），完全可以弥补信道条件下降带来的损失，从而大幅度的提高用户的吞吐量性能。因此针对HetNet技术，需要设计新的用户归属准则，将部分MBS用户强制性接入到LPN，进行网络负载的分流，均衡MBS与LPN之间的负载，充分利用LPN中的闲置资源，提升网络的资源利用率。（2）HetNet中干扰管理的挑战在HetNet中，不同类型的基站组成了不同的层，例如MBS层、PBS层以及FBS层等，层与层之间的频带分配方式主要分为三种类型：共信道部署方式，即MBS与LPN层共用相同的频谱资源；部分共信道部署方式，即将部分频谱资源划分给LPN层，而其他部分的频谱资源给LPN和MBS共用；专用信道部署方式，即将频谱资源划分为正交的两部分，其中一部分划分给MBS使用，而另外一部分划分给LPN使用。（3）HetNet中能效优化的挑战从基站端看，LPN相对于MBS是一种更为经济节能的基站类型，因为其不需要空调等高能耗单元维持正常的运转，相较于MBS在满发射功率下场景下（43dBm）需要224『的能耗，LPN在满功率发射场景下（发射功率为37dBin），其能耗为69FF，而在LPN没有负载时，其只需要39W即可以维持正常运行HetNet能耗随LPN个数增长的趋势，可以看出部署LPN带来系统能耗的大量上升（LPN个数为4时,系统能耗上升144%），并且会随着LPN密度的增加呈现类似于线性增长趋势。即使采用DTX技术，如果仅仅将没有负载的LPN设置成DTX状态，其节能效果也非常有限，例如在LPN个数为10时，只可以带来10%的节能效果。经估计，到2020年，全球约部署1亿个LPN，需要消耗4.4TWh的能量，将会带来大量的运营成本和二氧化碳排放。因此如何降低HetNet中的能耗成为HetNet技术发展的关键，也是LPN能够大规模部署的重要前提。小小区随着宽带无线通信技术的迅速发展、人们通信方式发生了改变，从最初语音和短消息业务逐渐演变成宽带多媒体数据业务，并且数据业务占用户业务总量的比例逐年增高。LTE技术的发展，对室外覆盖、容量性能有很大提高。但由于高载波频率有较大的衰减损耗以及墙壁损耗，据统计，在宏蜂窝的覆盖下，大量数据业务发生在室内，有近45%的家庭用户和30%的企业用户的室内信号不理想。因此，人们希望在室内环境中可部署短距离和低功耗的无线网络，用于改善室内覆盖，小型基站(SmallCell)等引入，为室内用户提供了高效的服务质量。随着网络结构的扁平化发展和SmallCell的加入，移动网络更加复杂化，运营商为了更好地管理网络，提出了自组织网络(SON)的概念，使网络可实现自配置、自组织以及自优化等。由于SmallCell是放给用户的自配置设备,SON管理方法尤其重要，其SON技术要求较高，要求CCO(CoverageandCapacityOptimization,覆盖与容量自优化)能及时有效地实现LTESmallCell混合组网中覆盖与容量自优化。LTE宏蜂窝与SmallCell混合组网的复杂通信环境下，存在网络拥塞和负载不均衡等问题。移动负载均衡作为SON的重要功能之一,处理基站间业务量的不均衡，通过对过载基站业务的负载分流以及对闲置资源的借调,从而提高资源利用率和用户业务服务质量，将超载基站的业