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HetNet:未来网络的必由之路

( 2012/11/20 )

葵花宝典三肖六码 www.dtddedu.com 随着智能终端的普及,丰富的业务驱动MBB(Mobile Broadband,移动宽带)的蓬勃发展,网络流量呈爆发性增长。据市场咨询机构估计,就热点地区而言,2016年的总流量将超过2012年的30倍以上。同时,MBB对数据吞吐率也提出了更高的要求。因此,如何满足热点区域的容量和数据速率需求将是未来MBB网络发展的关键。

通过对现有宏站扩容,如开通提升频谱效率的特性(MIMO(Multiple-Input Multiple-Output,多输入多输出)、DC(Dual Carrier,双载波)等)、增加载频、分扇区等,可以进一步提升现网容量。在站点易获得的区域,通过增加宏站的数量,合理调整宏站的布局,也可以带来用户体验的进一步提升。在宏站无法扩容时,还可以采用小基站来提升网络容量。

为了满足未来容量增长需求,改变及优化网络结构,构建多频段、多制式、多形态的分层立体HetNet(Heterogeneous Network,异构网络),成为未来网络发展的必由之路。

HetNet网络的关键技术

在HetNet网络部署之前,运营商应首先识别出话务热点区域,对于大面积的高话务区域,可以通过增加宏站载波数或者增加宏站分扇区来解决容量需求,对于小面积的话务热点,需要部署小基站。当前,宏网络扩容方式的技术已经基本成熟,而HetNet解决方案主要面临的是小基站引入后带来的新问题。

 

通常小基站的引入,将对已有网络的KPI(Key Performance Indicator,关键性能指标)带来风险,但可以通过合适的宏微协同方案,在提升网络容量和用户体验的基础上,最大限度降低对已有网络KPI的影响。当网络中话务热点较多时,需要部署大量的小基站吸收网络话务。灵活的站点回传,集成供电、天馈、防雷的一体化站点方案可以降低对小基站站点的要求和部署成本。当海量小基站部署后,HetNet网络中宏站和小基站单元需要统一的运维管理。易部署、易维护特性的采用,将进一步以降低网络运维成本。

精准热点发现

为了保证小基站能有效地分流宏网络话务,必须保证小基站能够部署在热点区域,同时通过采集现网UE(User Equipment, 用户设备)话务信息、对应的位置以及栅格地图,从而获取现网话务地图。

下图是话务地图的一个例子。图中,颜色越深表示该区域话务量越高,红色为话务热点,黄色为次热点。

考虑到小基站的覆盖范围,建议话务地图的精度达到50m,以方便获取网络的热点位置,确定需要部署小基站的地点。精准的部署,可以充分发挥小基站的作用,吸收更多的话务。

当小基站完成部署后,通过对比小基站部署前、后的话务地图,便可以评估小基站部署的效果,并得出下一步小基站的优化建议。

一体化小基站

随着环保及大众防辐射意识的增强,站点越来越难以获取。据分析,未来运营商将更多地考虑路灯杆、挂墙等方式部署基站。安装简单及站点简洁,成为小基站部署的基本要求。

根据部署场景的要求,小基站可以集成传输、供电、防雷等功能,也可以将传输、供电、防雷功能拉远,小基站单独部署。小基站的外观可采用方形或球形,方便与周围环境融合。另外,为了支持单人安装,降低人工安装成本,建议小基站重量小于8kg。

灵活的基站回传

对于小基站部署而言,传输最具挑战性。原因在于小基站部署灵活,大多数小基站站点尚不具备传输条件,因此,传输解决方案需要具备灵活、低成本、易部署、高QoS(Quality of Service,服务质量)等特点。
小基站最后一公里解决方案包括有线回传和无线回传。当站点具备有线回传时,优先选择有线回传。有线回传主要包括光纤、以太网线、双绞线、电缆。

光纤作为基站传输的主流方式,建议优先选择光纤。光纤可以直接选择P2P(Point-to-Point,点对点)光纤到站,也可以采用xPON(Passive Optical Network,无源光网络)实现光纤到站,同时在站点部署ONU(Optical Network Unit,光网络单元)。根据当前小基站部署要求满足室内覆盖、室外补盲、容量提升,建议小基站选择室外型ONU和室内型ONU。

无线回传部署灵活,但是可靠性较有线回传低。无线回传解决方案主要包括60G、微波、LTE TDD、eBand微波、Wi-Fi(Wireless Fidelity,无线保真)等。60G作为非授权频谱微波,在短距高带宽小基站部署场景下,有突出的成本优势。在有2.6G/3.5G TDD频谱,NLOS (Non Line of Sight,非视距)P2MP(Point-to-Multipoint,一点到多点)的情况下,可考虑LTE TDD回传方式实现非视距回传。在以数据业务为主的低成本部署场景中,可采用Wi-FI回传。

SON特性

为了满足MBB的需要,预计未来5年内小基站的数量将会超过宏站。易部署、易运维等SON特性是降低未来海量小基站端到端成本的关键:

首先,小基站能够自动感知周围无线环境,自动完成频点、扰码、邻区、功率等无线参数的规划和配置。与不能进行无线参数自动规划的传统基站相比,小基站的自动规划和配置能力将使网络规划人工投入降低15%。

其次,与宏站相比,小基站开站更加容易,只需安装人员在现场打开电源即可,无需任何配置工作。通过测试证明,采用自开站、自规划、自配置等SON特性后,一个无任何经验的人员,从小基站安装到业务开通,1个小时之内即可完成。

小基站能够自动感知周围无线环境的变化,如周边增加新基站;会自动进行网络优化,如自动调整扰码、邻区、功率、切换参数等,保证网络KPI目标的达成。在传统网络中,网络优化是网络维护工作中投入较大的一部分,通过自动网络优化,使这部分人工投入较传统网络相比降低10-30%。

宏微协同

用户对MBB流量的需求是逐渐增加的,运营商可通过HetNet来逐渐提升网络容量。当话务热点只是一些零星的区域时,通过少量增加小基站即可。这时,宏基站和小基站可以采用同频部署。为了控制同频部署下宏小基站之间的干扰,需要在宏基站和小基站之间采用协同方案。在Cloud BB架构下,宏小基站通过紧密的协同,可以进一步提升HetNet网络容量和用户体验。当话务热点增多,需要在宏站覆盖范围内部署的小基站数目增加到一定数量时,建议动态分配部分专门的载频给小基站,以获取更大的系统容量。

仿真数据表明,一个宏站加三个小站(micro BTS或micro RRU)后,该宏站覆盖区域内网络容量和边缘吞吐量均有明显提升。HetNet对容量的提升性能如下图所示。

每增加一个微BTS, 宏网络协同容量增益约为80% - 130%;每增加一个微RRU (Remote Radio Unit,射频拉远单元), 宏网络协同容量增益约90% - 150%。HetNet对边缘吞吐率的提升性能如下图所示。

1宏站 +3 微 RRU方式对于边缘用户的吞吐率改善明显,相对于1宏站 +3微 BTS方式,5%边缘用户的增益为400%。 

AAS技术

MIMO作为无线网络提升频谱效率、单站点容量的关键技术,规模商用渐行渐近。MIMO存在多种方式,基本要求基站收发多通道化、天线阵列化,特别是HO-MIMO (Higher-Order Multiple-input Multiple-output,高阶多输入多输出),系统根据空口信道情况自适应选择收发模式和天线端口。

对于小基站来说,不同的MIMO技术带来的容量增长潜力非??晒?。小基站的无线环境客观上能更有效发挥MIMO技术的容量潜力,结合小基站的站点体积诉求,导致运营商对AAS小基站产品的商用需求更为迫切。

支撑MIMO的多流天线阵元同时具有多个容量和性能增长的附加潜力:小区级别BF、用户级别BF、虚拟波束劈裂扇区、虚拟波束STSR(Sectorized Transmission Sectorized Receive,定向发射定向接收),为提升频谱效率和小基站硬件利用率提供了可能,如小区级别BF为就能为小基站提供灵活选站提供可能性,不同场景组网提供10%平均吞吐率和边缘吞吐率提升。

AAS小基站为未来网络SON提供了硬件支撑。结合SON功能后,小基站可以根据网络状况进行自适应地覆盖调整,进一步提升运维效率,降低运维成本,使小基站高效地分流。

下一代室内解决方案

考虑到70-80%的MBB业务流量发生在室内,运营商需要重点解决室内容量问题。对于小型热点,运营商可以采用小基站室外覆盖室内方案,室内直接部署Pico基站等方案。对于大型建筑的室内覆盖,现在运营商通常采用DAS (Distributed Antenna System,分布式天线系统)。DAS可以提供比较好的覆盖及KPI,但DAS的部署很困难,容量增长能力有限,未来关键技术能力(如MIMO等)演进受限。同时,DAS室内无法管控,难定位问题,降低了用户满意度,并增加了网络TCO (Total Cost of Ownership,总体拥有成本)。

随着大面积室内热点容量增长,下一代室内解决方案在分布式基站的基础上,通过引入远端射频单元,简化了部署难度。

同时,通过软件对远端单元进行配置,可以实现容量的灵活扩容。更重要的是,下一代室内解决方案全程可管可控,在集中维护中心就可以实现对所有远端单元的故障定位和修复。

综上所述,MBB时代对未来蜂窝网络在容量和用户体验上提出了前所未有的要求,HetNet网络是满足这些要求的必由之路。通过采用高精度的话务地图,能够将小基站精准部署在话务热点,是保证小基站分流宏站容量的前提;通过合适的宏微协同方案,在提升网络容量和用户体验的基础上,最大限度降低对已有网络KPI的影响;一体化小基站集成了灵活的站点回传、供电、天馈、防雷等方案,能够最大限度降低对小基站站点的要求和部署成本;室内是未来MBB业务发生的重点区域,下一代室内解决方案,在部署灵活性、容量平滑演进、远端故障定位及修复上优势明显。

典型场景及解决方案  

在MBB时代,以下典型场景最容易产生容量需求,也是HetNet需要重点覆盖的场景。根据形状室外热点可以划分为离散孤立小型热点HotDot、连续街道热点HotLine、大型空间热点HotZone。

HotDot(如星巴克)

覆盖范围一般不大,人的移动性也不大,但是数据业务需求会比较高;

HotLine(如上海南京路)

具有人流量大、话务高的特点。受街道狭长特点的约束,话务呈带状分布,而且商业街边的店铺也是产生话务的一部分,因此,对于商业街的热点覆盖,最好同时兼顾街边的店铺。

 HotZone(如莫斯科红?。?/strong>

包括城市中的商业广场、旅游休闲广场等。特点是人流量比较大,具有比较大的话务需求;话务需求具有时效性,如节假日或周末话务量会更大;随着智能终端的发展,对数据业务会有更大的需求。

根据室内热点的面积和隔断分布,热点可以划分成室内中小型多隔断、室内中小型无隔断、室内大型多隔断、室内大型空旷。

 室内中小型多隔断(如居民区)

随着智能终端的发展,人们会对数据业务产生较高的需求。一些居民区(尤其像集体性居住,或者租房者),直接采用移动网络进行语音通信和上网,从而产生较高的话务需求。

 室内中小型无隔断 (如中小型商场 )

包括中小型商场、超市、地铁、活动中心等。该场景特点是楼层不高,有移动性、容量诉求。

室内大型多隔断(如金茂大厦)

包括大型办公楼宇、大型高档酒店等,有覆盖需求的同时,还要考虑容量需求。其特点是人员密集,语音和数据业务需求都很大。由于穿透损耗,使得室内部分区域,如电梯井等,覆盖不好,而且由于楼层较高,高层部分宏站覆盖不好。

 室内大型空旷(如火车站)

如火车站、地铁站、汽车站、机场、大型超市等。该场景具有明显的人流量大、集中的特点,会产生比较高的语音和数据业务需求;具有一定的时效性,比如周末人的流量比较大。

对于以上典型的热点场景,建议采用如下的扩容方案:

HotDot、HotLine、HotZone场景可以采用小基站室外部署方案;室内中小型多隔断场景采用小基站室外覆盖室内方案;室内中小型无隔断场景可以采用小基站室内部署或者小基站+DAS方案;室内大型多隔断场景,室外大型空旷场景可以采用下一代室内解决方案。

   来源:C114中国通信网

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