［張傳璽 赫杰 譚丹］

異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中小小區(qū)發(fā)現(xiàn)技術(shù)研究*

［張傳璽 赫杰 譚丹］

未來移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，異構(gòu)網(wǎng)將成為主流，一個(gè)宏基站下可能有多個(gè)小小區(qū)（smallcell）存在，這些小小區(qū)按覆蓋范圍可以分為微基站（microcell）、微微基站（picocell）、家庭基站（femtocell）、中繼（relay）等；smallcell快速準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)對(duì)我們進(jìn)行小區(qū)切換和小區(qū)關(guān)斷技術(shù)研究也有很重要的意義。

異構(gòu)網(wǎng) 小小區(qū) 小小區(qū)發(fā)現(xiàn)

張傳璽

重慶郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院2014級(jí)研究生，主要研究方向：移動(dòng)通信。

赫杰

重慶郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院。

譚丹

重慶郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院。

引言

異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)由不同的基站節(jié)點(diǎn)組成，通過對(duì)其靈活的部署，既能滿足當(dāng)前激增的無線業(yè)務(wù)需求，又能達(dá)到綠色通信的目的。同時(shí)，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中大量干擾的存在現(xiàn)實(shí)，傳統(tǒng)的小區(qū)發(fā)現(xiàn)在此場(chǎng)景中不合時(shí)宜，3GPP討論了新的小區(qū)發(fā)現(xiàn)機(jī)制，但并沒有具體提出未來使用方案［1］。3GPP高層協(xié)議方面［2,3］提出的潛在技術(shù)也需要快速小區(qū)發(fā)現(xiàn)去支持，所以關(guān)于小小區(qū)發(fā)現(xiàn)技術(shù)研究有很重要意義。

本文介紹了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)部署場(chǎng)景，著重討論了未來小小區(qū)發(fā)現(xiàn)的可能采用機(jī)制，最后介紹發(fā)現(xiàn)參考信號(hào)（DRS）

［4］的研究和提高小小區(qū)發(fā)現(xiàn)性能的技術(shù)。

1　異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的部署場(chǎng)景

異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)主要有3種部署場(chǎng)景。F1、F2指不同的頻率，圖1宏小區(qū)和小小區(qū)同頻部署，小小區(qū)均部署在戶外。圖2（a）宏小區(qū)和小小區(qū)異頻部署，小小區(qū)均部署在戶外，圖2（b）宏小區(qū)和小小區(qū)異頻部署，小小區(qū)均部署在戶內(nèi)。圖3僅部署室內(nèi)小小區(qū)場(chǎng)景，在該場(chǎng)景下不存在宏小區(qū)。

圖1　宏小區(qū)和小小區(qū)同頻部署

圖2?。╝）宏小區(qū)和小小區(qū)異頻部署，小小區(qū)在戶外

圖2　（b）宏小區(qū)和小小區(qū)異頻部署，小小區(qū)在戶內(nèi)

圖3　僅部署室內(nèi)小小區(qū)

2　小小區(qū)發(fā)現(xiàn)機(jī)制

2.1基于傳統(tǒng)小區(qū)發(fā)現(xiàn)機(jī)制（3GPP標(biāo)準(zhǔn)）

UE需要周期性的檢測(cè)小小區(qū)基站廣播的參考信號(hào)，測(cè)量參考信號(hào)的接收質(zhì)量（RSRP），當(dāng)UE發(fā)現(xiàn)某個(gè)小小區(qū)的RSRP大于預(yù)設(shè)的閾值時(shí)，判定發(fā)現(xiàn)了小小區(qū)，準(zhǔn)備切換業(yè)務(wù)。缺點(diǎn)就是固定的測(cè)量間隔（MG）和測(cè)量周期（MP）使得UE消耗大量能量，尤其是對(duì)于密集部署的小小區(qū)場(chǎng)景，多個(gè)載波頻率的掃描會(huì)消耗大量的UE能耗。

2.2基于終端移動(dòng)狀態(tài)（DMS）的小區(qū)重選方法

3GPP定義了指定時(shí)間窗口內(nèi)，基于小區(qū)再選擇的UE狀態(tài)判定方法。也就是說在指定時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生的小區(qū)重選次數(shù)和切換次數(shù)來估計(jì)終端的移動(dòng)狀態(tài)［5］。

Ncr為指定時(shí)間內(nèi)小區(qū)重選次數(shù)，Ncr-h為最大的重選閾值，Ncr-l為最小的重選閾值。網(wǎng)絡(luò)持續(xù)跟蹤每個(gè)UE的移動(dòng)狀態(tài)信息（MSE），并根據(jù)MSE分配頻間測(cè)量間隔（IFMG），如果UE處在“High”或“Medium”狀態(tài)時(shí)，UE掛起頻間測(cè)量（IFM），即只有當(dāng)UE處于“Low”狀態(tài)時(shí)，才會(huì)進(jìn)行頻間測(cè)量，那么就在一定程度上節(jié)省了UE的能量消耗。因?yàn)樘幱诟咚僖苿?dòng)的UE，與小小區(qū)連接時(shí)間較短，小小區(qū)帶來的分流增益可能都彌補(bǔ)不了小小區(qū)發(fā)現(xiàn)所付出的代價(jià)。

2.3基于射頻指紋的小區(qū)發(fā)現(xiàn)機(jī)制

UE的位置信息表明其周圍至少存在一個(gè)小小區(qū)時(shí)，可以由UE（網(wǎng)絡(luò)側(cè)也可以）觸發(fā)IFM操作。

指紋數(shù)據(jù)庫中每個(gè)指紋包括：

對(duì)應(yīng)位置點(diǎn)附近的N個(gè)最強(qiáng)宏小區(qū)ID

每個(gè)宏小區(qū)ID對(duì)應(yīng)的UE信號(hào)接收強(qiáng)度RSRP

每個(gè)數(shù)據(jù)庫包括M個(gè)指紋，N稱為指紋的大小。小區(qū)的發(fā)現(xiàn)是通過利用宏小區(qū)ID和RSRP構(gòu)成的指紋數(shù)據(jù)庫來實(shí)現(xiàn)的，數(shù)據(jù)庫的每一個(gè)條目叫射頻指紋（RF Fingerprint）它是在每個(gè)小區(qū)的附近采集得到的。當(dāng)UE進(jìn)行小區(qū)發(fā)現(xiàn)時(shí)，接收到來自宏基站發(fā)送的參考信號(hào)，接收到N個(gè)宏基站的標(biāo)識(shí)（IDs），

并與數(shù)據(jù)庫匹配，如果匹配成功說明UE附近存在一個(gè)宏小區(qū)，之后在進(jìn)行確知信號(hào)（如同步序列）的搜索，之后在于小區(qū)建立連接［6］-［8］。宏小區(qū)射頻指紋數(shù)據(jù)庫如表1所示。

表1　宏小區(qū)指紋數(shù)據(jù)庫

步驟一、宏小區(qū)ID的匹配。

步驟二、UE的參考信號(hào)接收質(zhì)量與數(shù)據(jù)庫中宏小區(qū)ID對(duì)應(yīng)的RSRP比較，在一個(gè)偏置范圍內(nèi)就認(rèn)為匹配成功。

α偏置因子，δ修正因子由網(wǎng)絡(luò)側(cè)配置。有了RSRPoffset我們可以定義一個(gè)物理區(qū)域，中心為小區(qū)中心，半徑為r，r的設(shè)置應(yīng)該使小小區(qū)能夠更容易的搜索出小小區(qū)。

該方案步驟簡(jiǎn)單，可以節(jié)省大量能耗［9，10］，但存在指紋準(zhǔn)確性的問題，以及指紋數(shù)據(jù)庫的建立、更新、維護(hù)問題。

3　小區(qū)搜索

小區(qū)搜索是終端與服務(wù)小區(qū)建立時(shí)頻同步并且發(fā)現(xiàn)小區(qū)標(biāo)識(shí)的過程，分為初始模式小區(qū)搜索和連接模式小區(qū)搜索。初始模式小區(qū)搜索指開機(jī)過程，UE在很少或沒有先驗(yàn)信息情況下去發(fā)現(xiàn)一個(gè)合適的基站并且從該基站接收服務(wù)消息。連接模式小區(qū)搜索是指處于連接狀態(tài)的UE進(jìn)行周期或非周期的小區(qū)搜索以便發(fā)現(xiàn)信號(hào)質(zhì)量較好的小區(qū)用于重選和切換［11，13］。

異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)小小區(qū)發(fā)現(xiàn)機(jī)制中兩種小區(qū)發(fā)現(xiàn)模式都會(huì)存在 ，密集部署小小區(qū)的情景下，為了增加小小區(qū)分流宏小區(qū)業(yè)務(wù)和提升網(wǎng)絡(luò)整體的吞吐量，連接模式的小區(qū)搜索應(yīng)用更為頻繁?？焖儆行У匦⌒^(qū)發(fā)現(xiàn)對(duì)于減少宏基站負(fù)載壓力，優(yōu)化。

網(wǎng)絡(luò)的部署，以及后續(xù)小小區(qū)開關(guān)的研究都有極其重要的作用。

4　小小區(qū)發(fā)現(xiàn)參考信號(hào)研究

3GPP對(duì)于小小區(qū)密集部署場(chǎng)景下潛在的發(fā)現(xiàn)參考信號(hào)進(jìn)行了討論，但是并沒有給出確切結(jié)論。傳統(tǒng)的小區(qū)發(fā)現(xiàn)和RRM測(cè)量使用同步信號(hào)（SS）和小區(qū)專用參考信號(hào)（CRS）［14］，小小區(qū)密集部署的場(chǎng)景下，SS和CRS會(huì)受到很強(qiáng)的鄰近小區(qū)干擾，為了滿足性能要求需要采用較長的周期獲取更多個(gè)采樣信號(hào)。

未來可能用到的發(fā)現(xiàn)信號(hào)（DRS）：同步信號(hào)（PSS/SSS）、小區(qū)專用參考信號(hào)（CRS）、位置參考信號(hào)（PRS）、信道狀態(tài)信息參考信號(hào)（CSI-RS）、伴隨參考信號(hào)、以及結(jié)合了消躁和干擾消除技術(shù)的以上參考信號(hào)、或者多種參考信號(hào)的聯(lián)合應(yīng)用［15］。

消躁（muting）指發(fā)現(xiàn)信號(hào)間隔傳輸如圖4所示，因?yàn)橐粋€(gè)小小區(qū)簇中所有小小區(qū)均同步，所以小區(qū)發(fā)送的發(fā)現(xiàn)信號(hào)會(huì)完全重合在一起，造成很強(qiáng)的干擾，如果小小區(qū)間隔傳輸發(fā)現(xiàn)信號(hào)那就有效的消除了干擾，提高了發(fā)信信號(hào)信噪比（SINR）。UE為實(shí)現(xiàn)更好的檢測(cè)性能需要網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行配置間隔傳輸模式，當(dāng)輔助信息把間隔模式傳給UE時(shí)，UE的檢測(cè)性能將大幅提升。

圖4　發(fā)現(xiàn)信號(hào)間隔傳輸

干擾消除［16，17］指UE進(jìn)行小小區(qū)發(fā)現(xiàn)時(shí)，檢測(cè)到最強(qiáng)的小小區(qū)并建立時(shí)頻同步和估計(jì)出信道矩陣，之后去除最強(qiáng)小區(qū)的影響進(jìn)行迭代，依次發(fā)現(xiàn)次強(qiáng)小區(qū)等等。

5　結(jié)束語

Smallcell作為一種新技術(shù)在消除信號(hào)盲區(qū)和分流宏基站業(yè)務(wù)壓力，以及提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量等方面起到極其重要的作用，smallcell快速有效的發(fā)現(xiàn)能夠更好的支持小小區(qū)關(guān)斷技術(shù)研究和綠色通信。

本文詳細(xì)介紹了小小區(qū)發(fā)現(xiàn)的可能機(jī)制和發(fā)現(xiàn)信號(hào)的特點(diǎn)，以及發(fā)現(xiàn)信號(hào)設(shè)計(jì)的考慮因素，為以后小小區(qū)發(fā)現(xiàn)研究做一定的參考。

1 3GPP TR 36.872 V12.1.0， Tech. Spec. GroupRadioAccess Network， “Small Cell Enhancements for E-UTRA and E-UTRAN — Physical Layer Aspects” Rel. 12

2 3GPP TR 36.842 V12.0.0， Tech. Spec. GroupRadioAccess Network， “Study on Small Cell Enhancements for E-UTRA and E-UTRAN — High Layer Aspects” Rel. 12

3 3GPP TR 36.932 V12.1.0， Tech. Spec. GroupRadioAccess Network， “Scenarios and requirements for small cell enhancements for E-UTRA and E-UTRAN” Rel. 12

4 3GPP TR 36.211 V11.6.0， Tech. Spec. GroupRadioAccess Network， “Physical channels and modulation” Rel. 11

5 A. Prasad， P. Lunden， O. Tirkkonen and C. Wijting， "Energy-Efficient Flexible Inter-Frequency Scanning Mechanism for Enhanced Small Cell Discovery，" Vehicular Technology Conference （VTC Spring）， 2013 IEEE 77th， Dresden， 2013，pp. 1-5

6 L. Hamza and C. Nerguizian， "Neural network and fingerprinting-based localization in dynamic channels，" Intelligent Signal Processing， 2009. WISP 2009. IEEE International Symposium on， Budapest， 2009， pp. 253-258.

7 Prasad， P. Lunden， O. Tirkkonen and C. Wijting， "Energy Efficient Small-Cell Discovery Using Received Signal Strength Based Radio Maps" Vehicular Technology Conference （VTC Spring）， 2013 IEEE 77th， Dresden， 2013，pp. 1-5

8 L. Shi and T. Wigren， "AECID Fingerprinting Positioning Performance，" Global Telecommunications Conference， 2009. GLOBECOM 2009. IEEE， Honolulu， HI， 2009， pp. 1-6

9 S. C. Jha， M. Gupta， A. T. Koc and R. Vannithamby， "On the impact of small cell discovery mechanisms on device power consumption over LTE networks，" Communications and Networking （BlackSeaCom）， 2013 First International Black Sea Conference on， Batumi， 2013， pp. 116-120

10 G. Gougeon， M. Brau， L. Maviel and Y. Lostanlen， "Energy Efficiency of Heterogeneous Network Using On/Off Small Cells in Real Large Scale Environment，" Vehicular Technology Conference （VTC Spring）， 2015 IEEE 81st，Glasgow， 2015， pp. 1-5

11 林雁，樂光新，尹長川，LTE小區(qū)搜索中循環(huán)前綴類型判決和輔同步信號(hào)檢測(cè)算法的改進(jìn)吉林大學(xué)學(xué)報(bào)，2012年第2期

12 成李娜，LTE-A中異構(gòu)網(wǎng)的小區(qū)搜索和下行同步過程的研究，北京郵電大學(xué)，2013

13 汪耀軍，LTE-A異構(gòu)網(wǎng)中的小區(qū)選擇與重選，北京郵電大學(xué)，2011

14H. L. M??tt?nen， M. Kuusela， M. Lampinen， T. Chen and J. Ojala， "Discovery signal design and measurements for small cell DTX in Release 12 LTE，" Globecom Workshops （GC Wkshps）， 2014， Austin， TX， 2014， pp. 674-680

15H. Harada， S. Nagata， Y. Kishiyama and H. Ishii， "Efficient small cell discovery mechanism exploiting network synchronization and assistance for future radio access networks，" 2014 11th International Symposium on Wireless Communications Systems （ISWCS）， Barcelona， 2014， pp. 675-679

16杜忠濤，解志斌，兩層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于分簇DIA的干擾消除算法.微電子學(xué)與計(jì)算機(jī)，2015

17王振，李貴永，smallcell發(fā)現(xiàn)技術(shù)的研究分析，2015，41（12）：15-17，21

18王赟，汪晉寬，解志斌，基于迭代最小二乘的按序串行干擾消除MIMO判決反饋算法，系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2009

10.3969/j.issn.1006-6403.2016.06.018

LTE-Advance MIMO矢量分析儀 編號(hào)：2015ZX03001010-003。

（2016-06-01）