未来无线网络演进的关键技术

2013-09-30 11:49:01来源: 互联网

随着无线网络的不断发展,多流汇聚(MSA,Multiple Stream Aggregation)通过采用多制式、多载波和多层网络的深度融合,可以带来500%的边缘吞吐量提升,真正实现无边界网络的理念,使用户无论处于网络的任何位置,都能够享受到高速稳定的数据接入服务,它将成为未来网络演进的关键技术。

  智能终端的普及以及移动宽带的迅猛发展,使移动数据业务呈现爆发式增长。业界预计,未来十年,全球移动数据业务量将以指数级增长,这将给当前网络带来前所未有的巨大冲击。

  当前网络所面临的挑战

  当前网络通常采用单层网络部署,即:不同的无线接入技术(RAT,Radio Access Technology),如GSM、UMTS、LTE和Wi-Fi等,分别进行独立部署和管理,且通过不同的核心网设备接入网络。用户在同一时刻只能与一种RAT中的单个节点进行数据传输,从而导致无线资源利用不充分,网络基础设施重复投资,网络容量无法进一步提升等问题。

  虽然HetNet是目前用于提升网络容量的一种典型应用场景,可是随着小站个数的逐渐增多,未来将出现越来越多的“小区边缘”,使得频繁切换、切换失败率增加以及边缘用户的吞吐量降低等现象越来越突出,这些都对用户体验有所影响。因此,移动性、干扰、资源利用率等问题是当前网络所面临的主要挑战。

  移动性

  随着HetNet的密集部署,小站的个数逐渐增多,频繁切换以及乒乓切换等现象将不断涌现。一般情况下,由于小站天线的部署位置较低,导致小站和宏站的信号传播特性有所不同。随着距离的增加,宏站信号的衰减比较缓慢。小站部署后,虽然小站附近的信号强度明显提升,但是随着离小站距离的增加,信号会出现快速的衰减现象,严重时还将导致用户掉话。

  简言之,由于小站信道的快衰特性,以及引入小站所带来的干扰等因素,使得HetNet场景下的切换失败率普遍高于传统同构(仅部署宏站)场景下的切换失败率,尤其以用户从小站切换到宏站时更为明显。

  干扰如果小站部署在宏站的覆盖范围之内,因为受到宏站的同频干扰,所以小站的覆盖范围会出现明显的收缩现象,即:小站越靠近宏站,其覆盖范围越小。例如,小站如果部署在宏站的边缘,其覆盖范围可以达到100m以上;而小站如果部署在宏站的中心,则其覆盖范围仅可以达到几十米甚至十几米。此外,因为同频干扰的存在,也会使得用户的吞吐量明显下降。

  资源利用率

  一般而言,在不同的时间和地理位置,宏站和小站之间总是存在不同业务需求的差异。在传统HetNet场景下,不同站点之间无法进行资源共享,从而导致资源利用不充分,不同站点下的用户体验也有所不同。

  宏站因为其覆盖范围大,能够吸附更多的用户,因此,一般而言宏站的负载可能较重,这将导致宏站内用户的吞吐量较低,尤其是宏站的边缘用户,因为距离宏站较远,同时又受到同频小站的干扰,其用户吞吐量就更低。而对小站而言,因为受到覆盖范围的约束,导致其吸附的用户个数不多,负载较轻,所以小站内用户的吞吐量较高。因此,宏站和小站下的用户感受明显不一致。

  未来无线网络演进的关键技术——MSA

  随着无线网络的不断发展,MSA通过采用多制式、多载波和多层网络的深度融合,可以较好地解决当前网络所面临的移动性支持待提升、干扰问题突出和资源利用率不高等问题,从而极大地提升边缘吞吐量,真正实现无边界网络的理念。

  未来无线网络通过采用网络分层和MSA的完美结合,可以使用户无论处于网络的任何位置,都能够享受到高速稳定的数据接入服务,实现超宽带、零等待和无处不在的连接,从而带来高速、高质量以及简单自由分享的业务体验。其中,网络分层是指多层的网络架构,包括Host Layer和Boosting Layer,如图1所示。Host Layer主要用于确保网络覆盖,通过建立Host link来为用户提供信令和数据的传输,提供无处不在的连接,保证可靠的基本用户体验;Boosting Layer主要用于提升网络容量,通过建立Boosting link来为用户提供数据的传输,达到最佳的用户体验。而MSA是有机聚合Host Layer和Boosting Layer的关键技术,通过多个节点为用户提供多流汇聚,进一步提升了用户感受和网络容量,该技术已经被业界广泛认可,并从3GPP R10版本开始逐步被支持,成为当前标准讨论的热点。

  RAN侧的网络实体,如BBU pool或者SRC(Single Radio Controller),可作为MSA的集中控制节点,执行统一的控制功能,从而更好地实现网络分层、数据分流以及协调调度等。

  Host Layer:保证可靠的基本用户体验

  Host Layer能够有效地解决当前网络所面临的移动性和干扰问题。

  在同频场景下,Host Layer可采用相同小区ID的网络部署方式,通过不同节点使用相同的物理小区标识(PCI,Physical Cell Identifier),从而避免同频切换;在异频场景下,例如多载波或者多制式场景,Host Layer可使用户总是附着在宏站上,即:无论用户在宏站覆盖范围内如何移动,始终保持用户和宏站之间的Host link存在,从而避免异频切换。

  网络分层后,干扰进一步可分为层内干扰和层间干扰。协调调度可用于解决层内干扰,例如:针对干扰敏感用户,Host Layer可以通过协调邻区的调度,降低其所受干扰。时频资源分离可用于解决层间干扰,例如:预留一部分时频资源在Host Layer的不同节点间进行SFN(Single Frequency Network)传输,以达到最佳的覆盖,而其他的时频资源在节点间进行空间复用,以达到最佳的效率。换言之,不同层之间通过保证资源的相互独立,从而降低层间干扰。

  Host Layer通过避免切换,保证了用户业务的连续性;通过降低干扰,提升了用户的吞吐量,从而保证了可靠的基本用户体验。

  Boosting Layer:提供最佳的用户体验

  MSA是有机聚合Host Layer和Boosting Layer的关键技术,针对不同的应用场景又进一步包括:Intra-frequency MSA、Inter-frequency MSA和Inter-RAT MSA.

  Intra-frequency MSA:利用多个同频节点为用户提供多流汇聚

  在传统HetNet场景下,用户仅能与其单个附着节点进行数据的传输,系统资源无法得到充分利用。而未来网络可通过采用Intra-frequency MSA技术,使得用户可以动态地实现与一个或者多个最佳节点进行数据传输,完成同频节点间的多流汇聚,达到最佳的用户体验。同频MSA中,数据传输节点对用户而言是透明的,即使是在不同小区ID的场景下,也不需要信令的开销,从而最大化利用系统资源,更好地解决当前网络存在的资源利用不充分问题,实现用户体验的一致性。

  此外,Intra-frequency MSA还采用了一些先进的算法,可带来200%的边缘吞吐量提升,包括:CS-PC(Coordination Scheduling Power Control),通过协调调度功率控制来实现干扰管理;CLB(Coordination Load Balance),通过自适应协调负载均衡提升频谱效率;CoMP(Coordinated Multi-Point),基于实时的信道变化进行动态节点选择或者联合传输,从而实现业务的负载均衡等。

  Inter-frequency MSA:利用多个异频节点为用户提供多流汇聚

  在传统HetNet场景下,当用户在宏站和小站之间移动过程中,异频切换将被触发,可能影响用户的体验。而未来网络可通过采用Inter-frequency MSA技术,使得用户总是附着在宏站上,即:始终保持用户和宏站之间存在Host link,并动态选择最佳小站,通过用户和最佳小站之间的Boosting link来对宏站进行数据分流。对用户而言,形成了不同载波间的多流汇聚,进一步提升了用户感受和网络容量。

  根据宏站和小站之间backhaul link的时延特性,Inter-frequency MSA又分为两种场景:理想backhaul和非理想backhaul.理想backhaul指的是宏站和小站之间backhaul link的传输时延可以忽略不计,非理想backhaul指的是宏站和小站之间backhaul link的传输时延不可忽略。值得一提的是,非理想backhaul场景下将不同节点不同载波上的数据流进行灵活的汇聚,是3GPP Rel-12标准的核心热点之一,受到业界的广泛关注。

  Inter-RAT MSA:利用多个不同制式的节点为用户提供多流汇聚

  异制式的多流汇聚(Inter-RAT MSA)是实现不同制式融合方案的关键技术。其中,Host Layer可以是UMTS或者LTE,Boosting Layer可以是LTE或者Wi-Fi.

  以LTE和Wi-Fi融合场景为例。LTE作为Host Layer,用于提供覆盖,保持用户和宏站之间的Host link始终存在,保证可靠的基本用户连接;Wi-Fi作为Boosting Layer,用于容量提升,通过用户和Wi-Fi之间的Boosting link提升传输速率,达到最佳的用户体验。

在网络部署时,大多数数据业务的下行业务量远超过上行,然而蜂窝网络的传输资源基本上是上下行对称的,所以蜂窝网络的下行数据传输更急需增强。此外,由于Wi-Fi网络的上行存在更为严重的接入冲突、隐藏终端以及QoS等问题,并且这些问题会随着用户数目的增加而急剧恶化。基于上述考虑,华为认为,最高效的传输方案是将Wi-Fi主要用于下行数据传输,即:根据信道、网络负载和干扰状况等因

[1] [2]

关键字:无线网络  关键技术

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2013/0930/article_19632.html
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