LTE—A系统中分层网关键技术的研究

　　摘要：为应对移动互联网带来的海量数据流量的承载需求，LTE-Advance网络引入分层网的新型组网形态，在考虑带宽需求的同时又满足了信号覆盖要求。该文基于3GPPR10协议，对LTE-A分层网结构、RN和HeNodeB的组网方式进行分析。
　　关键词：LTE-A；分层网；异构网；中继；家庭基站
　　中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044（2013）36-8229-02
　　随着移动接入网的广泛应用，运营商对高无线接入速率和低建设成本的要求更加苛刻，对LTE的发展提出了更高的要求。LTE-Advanced（3GPPR10）通过引入分层网-这一新型组网形态，改善LTE网络的深度覆盖问题并提高其频谱利用率。该文对LTE-Advanced分层网（HetNet，hierarchicalnetworking）结构、HeNB（homeeNodeB家庭基站）和RN（relaynode，中继节点）组网方式进行说明，针对分层网在后续LTE部署中的应用进行展望。
　　1分层组网
　　当前无线接入技术研究的目标是在香农信道容量的条件下，通过更大的带宽实现更高的传输速率，目前低频段频谱资源由于其提供的带宽有限且大部分已在使用，LTE网络采用的主要是2GHz的特高频频段。由于高频段信号传播能力相对较弱，且LTE网络面向的是主要是视频点播、视频下载等高速率高流量业务，若采用传统宏基站单层组网方式将会产生严重的盲点和热点问题，将无法实现覆盖目标和速率要求。因此，LTE-A（3GPPR10）中提出了HetNet（heterogeneousnetwork，异构网或分层网），通过射频拉远（remoteradiohead，RRH）、微微蜂窝基站（PicoeNodeB）、中继节点（relaynode，RN）及家庭基站（homeeNodeB，HeNB）等新的基站形态，更好的实现4G网络的覆盖。HetNet在宏覆盖小区中放置以上新形态基站，组成同一标准体系下不同基站类型构成的分层网，由宏基站实现面上广度覆盖，由射频拉远基站和微微蜂窝基站、中继节点、家庭基站实现热点地区的深度覆盖，图1是LTE-Advanced分层网组网的简单示意。
　　图1LTEHetNet分层网组网示意图
　　虽然微微蜂窝基站、射频拉远、中继节点、家庭基站等概念在3G中就已经提出，但是中继节点与家庭基站这两种小功率基站在LTE-A阶段引入了新的特性，该文后续对这两种技术的新特性进行分析。
　　2中继技术（Relay）
　　中继是利用无线链路作为回传通道，中继站通过与施主基站之间的无线链路将数据回传到移动核心网的技术。中继节点可以通过定向天线和施主基站连接，达到增加系统容量或扩大网络覆盖的目的。
　　扩展系统覆盖：中继站上行采用定向天线，对施主基站信号进行接力传输，通过中继站下行信号扩大无线信号的覆盖范围。如图2所示。
　　提高系统容量：通过中继站，降低施主基站发射功率，通过中继站提高信号质量，降低系统干扰。如图3所示。
　　2G、3G网络中使用的无线直放站就是一种中继技术，是通过无线信号物理层（层1）的放大+转发，这种转发方式同时放大噪声和干扰信号，需要在施主站和中继站上加装隔离设备来避免设备的自激。而在LTE-A中主要是层2与层3中继，是一种解码+转发，这种方式下，中继站点对接收到的信息先进行解码，这样就去除了中继信道上的噪声与干扰信号，然后进行再编码和转发，不会将中继信道上的信噪比传递到下行信道上，有效提高了信噪比；由于增加了解码/编码过程，会带来较大的时延，同时也增加了设备的复杂性。其中，层2中继可以是工作在MAC层或RLC层。在RLC层实现的层2中继，能够实施无线资源调度功能；而层3中继是工作在RRC层，可以实现部分或者全部的RRC层功能，可以实施快速路由以及对移动性进行管理。层3中继支持S1与X2信令，能实现基站的大部分功能。相对于层2中继，层3中继引入更大的时延，设备也更为复杂。
　　LTE-Advanced中采用的层2中继或层3中继，相较于2G/3G网络中的中继技术有以下两点明显的区别：
　　lRN是一个独立的基站节点，具有自身的同步信道、物理小区号以及参考符号；
　　lRN的引入不会对用户终端是产生任何影响的，对于用户而言，RN可以看作是一个独立的基站。
　　3HeNB（家庭基站）
　　在2G、3G网络中的家庭基站解决方案称为femtocell，LTE阶段的家庭基站解决方案称为HeNB。家庭基站是通过公用Internet网络回传数据到移动核心网。在2G、3G网络中，网络侧采用家庭基站网关（femtocellGW）来实现各家庭基站数据的接入，将各家庭基站的电路域与分组域数据统一接入移动核心网。传统家庭基站网关，无法处理LTE网络中控制面与用户面分离的场景下的业务汇聚，因此在HeNB方案中对HeNBGW（家庭基站网关）的功能也做出了一些相应的调整。目前3GPP定义了3种HeNB的系统架构：