李書德 司釗

【摘 要】目前我國4G網(wǎng)絡(luò)正由廣覆蓋向深度覆蓋推進(jìn)，相應(yīng)的基站站址密度越來越高，同時也出現(xiàn)了站點重疊覆蓋區(qū)域網(wǎng)絡(luò)性能發(fā)生掉坑的現(xiàn)象。目前業(yè)界普遍推崇Cloud BBU（CRAN）的無線接入網(wǎng)方案來降低站間干擾，改善邊緣用戶體驗，實現(xiàn)資源利用率最大化。本文就Cloud BBU的關(guān)鍵技術(shù)——CoMP的實現(xiàn)原理、協(xié)議流程進(jìn)行分析，并對Cloud BBU的適用場景進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】Cloud BBU；CoMP；CRAN；站間協(xié)同；吞吐率；干擾抑制

1 引言

4G商用網(wǎng)絡(luò)在我國日益完善，4G用戶數(shù)也呈現(xiàn)爆炸式增長，隨著各種智能應(yīng)用的普及和發(fā)展，用戶數(shù)據(jù)流量也正在逐年穩(wěn)步增長。面對用戶數(shù)量的巨幅增長和用戶對網(wǎng)速要求的不斷提升，傳統(tǒng)的4G組網(wǎng)模式在應(yīng)對熱點區(qū)域的巨量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求時，已難以為客戶提供良好的使用體驗。

數(shù)據(jù)熱點區(qū)域通常也是站點密集區(qū)域，宏微基站立體組網(wǎng)密集交織，如何在現(xiàn)有的密集站點區(qū)域提升網(wǎng)絡(luò)性能就變得十分必要和緊迫。密集站點區(qū)域宏微站同頻或微微站同頻的情況時有發(fā)生，出現(xiàn)了站點重疊覆蓋區(qū)域網(wǎng)絡(luò)性能掉坑的現(xiàn)象。當(dāng)前，業(yè)界普遍推崇Cloud BBU的無線接入網(wǎng)方案來提升4G網(wǎng)絡(luò)性能。理論上，借助CA（Carrier Aggregation，載波聚合）、CoMP（Coordinated Multi Point，多點協(xié)同）等技術(shù)可以降低站間干擾，改善邊緣用戶體驗，實現(xiàn)資源利用率最大化。

2 Cloud BBU及其關(guān)鍵技術(shù)介紹

Cloud BBU網(wǎng)絡(luò)又稱CRAN（Cloud Radio Access Network，云無線接入網(wǎng)），其組網(wǎng)方式與傳統(tǒng)基站有很大差別，如圖1所示：

Cloud BBU通過對目標(biāo)覆蓋區(qū)域內(nèi)所有BBU進(jìn)行集中式部署的組網(wǎng)方式，以基站簇為單位設(shè)置集中控制節(jié)點進(jìn)行跨站協(xié)同，將基站內(nèi)部小區(qū)間的業(yè)務(wù)協(xié)同擴(kuò)展到基站間，從而達(dá)到提升網(wǎng)絡(luò)性能，改善用戶體驗的目的。其具體實現(xiàn)手段及應(yīng)用到的關(guān)鍵技術(shù)主要有站間CA及小區(qū)合并技術(shù)、CoMP技術(shù)、分布式D-MIMO（Distribute-Multiple-Input Multiple-Output，分布式多發(fā)多收）技術(shù)等。

通過站間載波聚合（含宏宏站間的載波聚合以及宏微站間的載波聚合）消除小區(qū)邊緣，提升用戶體驗。通過站間的CoMP技術(shù)（含宏宏站間CoMP以及宏微站間CoMP），采用多小區(qū)聯(lián)合發(fā)射、協(xié)同波束賦型、多小區(qū)選擇發(fā)射等手段（利用不同基站下的相鄰小區(qū)的天線對某一個用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和發(fā)射，增加有用信號功率或減輕小區(qū)間干擾。或者利用相鄰小區(qū)的天線對某一個用戶的發(fā)送信號進(jìn)行聯(lián)合接收，獲得多天線的信號合并增益及干擾抑制增益），減少小區(qū)邊緣干擾，提升用戶體驗。通過Cloud BBU簇內(nèi)多小區(qū)向集中控制節(jié)點上報用戶間干擾、用戶調(diào)度等信息，集中控制節(jié)點基于用戶的信號質(zhì)量要求，針對邊緣用戶進(jìn)行多小區(qū)聯(lián)合時頻資源分配，從而達(dá)到干擾協(xié)調(diào)、實現(xiàn)資源效率最大化的目的。

限于篇幅，本文主要介紹上述Cloud BBU組網(wǎng)中重點應(yīng)用的CoMP技術(shù)。

CoMP（Coordinated Multi Point，多點協(xié)同）技術(shù)又分為DL CoMP（下行）和UL CoMP（上行）。

DL CoMP為解決PDSCH信道（Physical Downlink Shared Channel，物理下行共享信道）同頻干擾而引入，從Cluster（簇）的層面協(xié)調(diào)配置多個小區(qū)的時頻資源、功率資源、空域資源，在資源調(diào)度中協(xié)調(diào)考慮本小區(qū)業(yè)務(wù)體驗和小區(qū)間干擾影響，在波束生成中協(xié)調(diào)考慮本小區(qū)用戶信號能量和小區(qū)間干擾影響，達(dá)到抑制小區(qū)間干擾，提升小區(qū)邊緣用戶吞吐率的目的。要實現(xiàn)DL CoMP，主要經(jīng)過如下三步：一是簇配置，主要通過MML命令配置簇內(nèi)小區(qū)；二是UE屬性判斷，主要根據(jù)UE上報A3信息和SRS重配信息確定UE的CoMP屬性；三是簇內(nèi)小區(qū)協(xié)作調(diào)度，即集中調(diào)度節(jié)點根據(jù)計算出的功率圖譜信息（其中，P=0表示圖譜生效時小區(qū)不發(fā)送用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，P=1表示圖譜生效時小區(qū)可以發(fā)送用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)），對P=1小區(qū)的CoMP UE進(jìn)行預(yù)調(diào)度，同時指示P=0的協(xié)作小區(qū)在預(yù)調(diào)度資源上進(jìn)行波束避讓。

UL CoMP利用多小區(qū)天線來接收一個用戶的信號，然后將多小區(qū)接收到的信號進(jìn)行合并，類似于通過一個小區(qū)的多個天線來接收信號，從而獲得多天線的信號合并增益和干擾抑制增益。DL CoMP主要依賴干擾抑制技術(shù)（IRC），可改善小區(qū)邊緣用戶的吞吐率，提升小區(qū)的平均吞吐率。要實現(xiàn)UL CoMP也要經(jīng)過三步：一是打開UL CoMP開關(guān)（服務(wù)小區(qū)和鄰區(qū)必須屬于同一個連通集，兩個小區(qū)具有相同的頻點、帶寬、循環(huán)前綴）；二是CoMP UE選擇，即服務(wù)小區(qū)根據(jù)UE上報的A3事件選擇Type-1 CoMP UE和協(xié)作小區(qū)，協(xié)作小區(qū)根據(jù)服務(wù)小區(qū)上報的Type-1 CoMP UE占用的RB位置來選擇Type-2 CoMP UE；三是聯(lián)合接收，即eNodeB的物理層在協(xié)作小區(qū)集范圍內(nèi)對CoMP UE進(jìn)行聯(lián)合接收。其中，Type1 CoMP UE位于小區(qū)邊緣，且信號可以同時被服務(wù)小區(qū)和鄰區(qū)有效地接收，其受到鄰區(qū)UE的干擾，期望獲得多天線合并增益；Type2 CoMP UE位于小區(qū)邊緣以外，與鄰區(qū)UE占用的RB有重疊，期望獲得干擾抑制增益。

3 提高Cloud BBU應(yīng)用價值的幾點思考

從部署Cloud BBU的應(yīng)用價值來考慮，主要基于如下幾方面的因素：一是采用CRAN建站模式，可以減少基站機(jī)房等站址資源的需求，從而降低基站建設(shè)難度；二是引入BBU池的概念，平衡連片區(qū)域內(nèi)4G小區(qū)忙閑不均的現(xiàn)象，提升片區(qū)內(nèi)基站的總體有效容量；三是有利于實現(xiàn)跨基站的載波合并（CA）功能，緩解部分基站的高流量壓力；四是采用CoMP技術(shù)，抑制小區(qū)間干擾，提升用戶吞吐率，改善用戶（特別是小區(qū)邊緣用戶）體驗。

基于不同的Cloud BBU部署動機(jī)，在提高其性價比方面，應(yīng)有的放矢，區(qū)別對待。

部署Cloud BBU，如出于降低建站難度的目的，重點要解決的是集中機(jī)房和光纖傳輸?shù)膯栴}。只有在傳輸管道資源相對較為豐富，片區(qū)內(nèi)有一個條件較好的集中機(jī)房的情況下，采用CRAN建站模式，在集中建站時才能取得較好的綜合效益。根據(jù)某省的CRAN建站經(jīng)驗，一般一個理想的集中機(jī)房，至少需具備接入6個以上基站的傳輸、電源及外接光纜的條件。否則，如果一個集中機(jī)房接入基站過少，在一定程度上會使得網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，從而增加了基站的維護(hù)難度。

部署Cloud BBU，如出于解決片區(qū)內(nèi)基站忙閑不均，提升基站總體有效容量的目的，則重點要解決的是BBU池的安全性問題。此時，對于集中機(jī)房的配套電源，其設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)高于一般的基站，至少達(dá)到傳輸匯聚層機(jī)房的標(biāo)準(zhǔn)。另外，對于集中機(jī)房內(nèi)的PTN設(shè)備，可采用負(fù)荷分擔(dān)+熱備份的雙設(shè)備方式（2個PTN設(shè)備最好分屬不同的接入環(huán)）。

部署Cloud BBU，如出于實現(xiàn)跨基站的CA功能，緩解部分基站的高流量壓力的目的，則重點需解決基站間的傳輸鏈路問題。盡管采用傳統(tǒng)分布式PTN的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)也能實現(xiàn)跨基站間的CA功能，但此時對傳輸網(wǎng)的時延要求較高（工程經(jīng)驗表明此時要求傳輸時延小于4 ms）。故要實現(xiàn)跨基站的CA功能，最理想的組網(wǎng)方式還是BBU集中部署，基站間在同機(jī)房內(nèi)光纖直連。

部署Cloud BBU，如出于抑制干擾，提升用戶吞吐率，改善用戶（特別是小區(qū)邊緣用戶）體驗的目的，則工程部署的重點和難點是基站簇的配置和選擇。由于無線環(huán)境的復(fù)雜以及用戶移動的隨機(jī)性，在具體實施中，難以對目標(biāo)片區(qū)內(nèi)干擾情況進(jìn)行十分準(zhǔn)確的預(yù)判。這就使得從規(guī)劃之初就采用CRAN方式建站，往往最先的出發(fā)點并不一定是降低干擾，也就是說對基站簇的規(guī)劃和選擇帶有較強主觀性。另一個可行的辦法是通過對目標(biāo)片區(qū)現(xiàn)有運行基站進(jìn)行Cloud BBU改造，此時通過對大量的路測和網(wǎng)絡(luò)運行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對基站簇的選擇就會很有針對性。

對現(xiàn)有運行基站進(jìn)行Cloud BBU改造，也有兩種方式，一是沿用現(xiàn)有分布式PTN組網(wǎng)模式，這時只需在某個基站配置一個USU設(shè)備（BBU框間互連和交換平臺），對簇內(nèi)基站BBU進(jìn)行軟件升級即可，但明顯的缺點是對傳輸網(wǎng)時延要求高，協(xié)調(diào)調(diào)度頻率低（毫秒級）；二是采用CRAN方式對簇內(nèi)基站BBU進(jìn)行集中部署，這無疑會帶來較大的BBU搬遷工作，同時對片區(qū)內(nèi)光纜資源要求較高，但明顯的優(yōu)點是可節(jié)省大量基站機(jī)房資源和設(shè)備（如現(xiàn)有基站的傳輸和電源設(shè)備），同時基站間的協(xié)調(diào)調(diào)度頻率高（可達(dá)微秒級）。

從上述提高Cloud BBU應(yīng)用價值的相關(guān)分析來看，要使得部署Cloud BBU取得較高的性價比，還是應(yīng)從部署場景方面進(jìn)行更為細(xì)致的研究，從而在規(guī)劃和部署Cloud BBU時，才能做到針對性更強，可實施性更高。

4 Cloud BBU適用場景分析

從技術(shù)原理上看，Cloud BBU理論上對LTE網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，特別是對處于覆蓋邊緣用戶的平均增益和吞吐率有提升作用。但該技術(shù)的使用也有自身的局限性和不足之處：一是對新增資源（傳輸、機(jī)房等資源）的占用；二是在不同無限環(huán)境下，其獲得的網(wǎng)絡(luò)提升效果具有不可測性（與用戶行為、簇內(nèi)基站的布局本身及周邊環(huán)境密切相關(guān)）。從技術(shù)引入的性價比考慮，甚至不排除某些極端場景下應(yīng)用該技術(shù)還不如在網(wǎng)絡(luò)邊緣新建一個站址更具有價值。

表1為國內(nèi)幾個部署集中式Cloud BBU的試點案例的簡要介紹。

上述兩個試點方案由于試點區(qū)域較小，在基站建設(shè)的總體投入上來看，與傳統(tǒng)建站方式差別（節(jié)省了部分機(jī)房配套投資，但需增加Cloud BBU軟硬件投資）不大。除了投入方面的考慮，從表1同時也可以看出，網(wǎng)絡(luò)本身的負(fù)荷水平，對部署Cloud BBU的性價比會產(chǎn)生較大影響?？傮w來說，網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷越重，部署Cloud BBU的效果越明顯。

從應(yīng)用場景分析，人流密集度高的室內(nèi)外熱點區(qū)域?qū)?shù)據(jù)流量需求大，且宏微基站部署較為密集，機(jī)房和空間受限，小區(qū)密集等場景適用部署Cloud BBU方案來解決流量不足和站址資源缺口的問題。具體來說，Cloud BBU的適用部署場景至少涵蓋以下七類：

（1）高校及主題園區(qū)的場景

此場景一般為占地面積較大，半開放式的，相對封閉的園區(qū)，園區(qū)內(nèi)人流密度較大。為滿足高人流的通信需求，園區(qū)內(nèi)基站建設(shè)較為密集。作為通信基礎(chǔ)設(shè)施的重要一環(huán)，園區(qū)內(nèi)道路管道規(guī)劃和建設(shè)都相對比較容易，但這些園區(qū)很少為密集的基站建設(shè)預(yù)留豐富的通信機(jī)房資源。采用集中式Cloud BBU方案，可在充分利用園區(qū)內(nèi)道路管道資源的情況下，有效地解決機(jī)房資源不足的難題。

（2）密集城區(qū)場景

由于密集城區(qū)現(xiàn)網(wǎng)基站已經(jīng)較密，但為應(yīng)對4G高速數(shù)據(jù)流量的增長需求，仍有必要持續(xù)建設(shè)宏微基站。為降低在這些區(qū)域基站站址的獲取難度，十分有效的方案即利用現(xiàn)有條件較好的基站機(jī)房，將其升級為部署Cloud BBU的集中機(jī)房，通過光纖拉遠(yuǎn)的方式在周邊快速部署基站。

（3）重要景區(qū)場景

景區(qū)人流相對集中，但因景觀要求高等原因，存在基站站址需求和站址獲取之間的矛盾。為最大程度地降低基站建設(shè)對景區(qū)景觀環(huán)境的影響，建站時應(yīng)盡量減小基站體量，部署易偽裝的拉遠(yuǎn)式簡易基站。此時，采用CRAN方案，可極大地降低建站難度。

（4）大型商業(yè)樓宇等場景

目前，大型商業(yè)樓宇的弱電間和管井資源非常稀缺。業(yè)主自身的安防系統(tǒng)、消防監(jiān)控系統(tǒng)、樓內(nèi)通信系統(tǒng)等與運營商移動通信系統(tǒng)共用上述資源，十分擁擠，甚至?xí)霈F(xiàn)在弱電間同時安裝BBU和RRU變得不可行的情形。此時，選取樓宇內(nèi)某一房間作為集中機(jī)房對連片商業(yè)樓宇的BBU進(jìn)行集中部署，通過樓內(nèi)分布式光纖系統(tǒng)構(gòu)成大型商業(yè)樓宇的CRAN系統(tǒng)，可極大地降低對機(jī)房、電源、橋架等通信基礎(chǔ)資源的需求。