4G通信网络小基站增强与动态TDD技术解析

### 4G通信网络小基站增强与动态TDD技术解析 #### 1. 异构部署与共享小区方案 在通信网络中，为了让设备能够估计对应不同节点传输点的信道状况，采用了无干扰的信道状态信息参考信号（CSI - RS）配置。对于不支持CSI - RS的设备，信道状态反馈则基于小区特定参考信号（CRS）。此时，基站（eNodeB）可能需要对收到的报告进行缩放，以考虑CRS和物理下行共享信道（PDSCH）所用传输点集合的差异。 共享小区方案的部署可以通过光纤将一个或多个远程无线电单元（RRU）以及宏基站连接到同一个主单元来实现。这是因为宏节点和微微节点之间存在紧密耦合，控制和数据来自不同传输点，需要低延迟连接。 处理集中化在提升上行链路性能方面也有好处，很多情况下，仅这一点就足以促使使用具备集中处理功能的RRU。可以使用任意传输点组合（不一定是用于向设备进行下行传输的那些）来接收该设备的传输。通过在中央处理节点以建设性方式组合来自不同天线的信号，即实现上行链路协作多点传输（CoMP），可以显著提高上行链路数据速率。本质上，上行链路接收和下行链路传输已解耦，能够实现“上行链路覆盖扩展”，而不会像独立小区ID部署那样引发下行链路干扰问题，甚至对于版本8的设备也能实现上行链路增益。 与独立小区部署相比，使用共享小区的异构部署还能提供更高的移动性鲁棒性。这在从微微节点移动到宏节点时尤为重要。在独立小区部署中，切换服务小区需要进行切换过程。如果在执行切换过程期间，设备已过度进入宏小区区域，可能会在切换完成前丢失与微微节点的下行链路连接，导致无线链路故障。而在共享小区部署中，无需切换过程即可快速更改用于下行链路传输的传输点，从而降低了连接丢失的概率。 #### 2. 封闭用户组（CSG）问题及应对 前面的讨论假设设备可以连接到低功率微微节点，这称为开放接入，通常这种低功率节点由运营商部署。另一种会产生类似干扰问题的情况是用户部署的家庭基站。封闭用户组（CSG）通常指对低功率基站的访问仅限于一小部分设备的情况，例如家庭基站所在房屋的住户。 CSG会带来额外的干扰场景。例如，靠近家庭基站但不被允许连接的设备会受到强干扰，可能无法接入宏小区。实际上，家庭基站的存在可能会在运营商的宏网络中造成覆盖空洞，这是一个特别令人担忧的问题，因为家庭基站通常由用户部署，运营商无法控制其位置。同样，连接到宏小区的设备的上行链路传输可能会严重影响家庭基站的接收。 原则上，这些问题可以通过前面提到的方法在一定程度上解决，即依靠家庭基站层调度与覆盖的宏基站之间的干扰协调。但需要注意的是，干扰避免必须是双向的，既要避免宏小区对家庭基站覆盖区域高干扰外部区域的家庭基站设备的干扰，也要避免家庭基站对靠近家庭基站但不属于其CSG的设备的干扰。此外，大多数干扰协调方案假设宏基站和家庭基站之间存在X2接口，但这并非总是成立。因此，如果支持封闭用户组，最好为CSG小区使用单独的载波，以维持无线接入网络的整体性能。对于通常缺乏基于回传的协调方案的CSG小区之间的干扰处理，可以依靠分布式算法进行功率控制和/或小区间的资源划分。 #### 3. 小基站增强之小基站开关技术 低功率节点（小基站）因需要密集部署以提供高数据速率和高容量而备受关注。长期演进（LTE）从首个版本就能够在广泛场景中提供高性能，包括广域和局域接入。但随着大多数用户处于静止或缓慢移动状态，对（准）静止情况下的高数据速率的关注度日益增加。为了在版本12中改善对低功率节点的支持，LTE标准引入了一些功能，其中小基站开关和动态时分双工（TDD）是重点介绍的两个功能。 在LTE中，无论小区内的业务活动如何，小区都会持续传输小区特定参考信号并广播系统信息。这是为了让处于空闲模式的设备能够检测到小区的存在，如果小区没有传输信号，设备就无法进行测量，也就无法检测到该小区。此外，在大型宏小区部署中，小区内至少有一个设备处于活动状态的可能性相对较高，这也促使持续传输参考信号。LTE在设计时考虑了通用频率复用，能够处理这些传输带来的小区间干扰。 然而，在大量相对小的小区密集部署的情况下，并非所有小区同时为设备服务的可能性有时会比较高。设备遇到的下行链路干扰场景可能会更严重，由于来自相邻（可能为空）小区的干扰，设备的信号干扰比可能非常低，特别是在存在大量视距传播的情况下。在这种密集的小基站场景中，选择性关闭小区可以显著减少干扰并降低功耗。小区开关速度越快，就能越有效地跟随业务动态变化，收益也越大。 原则上，关闭小区很简单，可以使用现有的网络管理机制来处理。但即使某个小区内没有设备，关闭该小区也会影响空闲模式设备。为了不影响这些设备，其他小区必须在被关闭小区原本覆盖的区域提供基本覆盖。此外，LTE的空闲模式程序并非基于小区频繁开关的假设设计，设备发现已开启的小区可能需要相当长的时间。小区从休眠状态过渡到完全激活状态需要数百毫秒，这太慢了，无法跟踪任何动态业务变化，会对性能产生明显影响。 基于这些背景，在版本12的开发过程中，广泛讨论了在密集部署中实现小基站更快速开关操作的机制，包括在子帧级别进行开关。基于这些讨论，决定将版本12的小基站开关机制基于载波聚合框架中的激活/去激活机制。这意味着开关操作仅限制在处于活动模式的辅小区，即主载波始终开启。将开关操作限制在辅载波大大简化了整体设计，因为不会影响空闲模式兼容性，同时辅载波可以快速激活/去激活。 当辅分量载波关闭时，设备原则上不应期望该载波有任何传输，即不应期望从去激活的小区获得同步信号、小区特定参考信号、CSI参考信号或系统信息。虽然载波完全静默能实现最佳节能和最低干扰，但这也意味着设备无法维持与该载波的同步或进行任何测量，例如与移动性相关的测量。如果没有任何活动模式的移动性处理，设备可能会在网络不知情的情况下离开辅小区的覆盖区域。因此，为了解决这些问题，版本12引入了一种新的参考信号——发现参考信号（DRS）。DRS以低占空比传输，用于设备进行移动性测量和维持同步。DRS虽然是作为小基站开关工作的一部分设计的，但即使不关闭小区也很有用，例如可用于辅助共享小区操作或全维度多输入多输出（MIMO）。 ##### 3.1 发现参考信号（DRS）及其相关测量 发现参考信号（DRS）实际上由现有信号组合而成： - 同步信号（主同步信号PSS和辅同步信号SSS），用