面向5G基于C—RAN宏微协作的极简数据载波设计

摘要：提出了一种面向5G密集网络部署的极简数据载波设计。极简数据载波是在C-RAN架构下的一种微蜂窝数据载波，主要用于数据承载，支持无公共信道开销、极少或者没有控制信道开销，能够有效降低密集数据载波之间信令的干扰，较大幅度提高能效，并由于设计简单有利于降低数据载波的成本。重新设计了传统数据载波的信令，并重新设计宏基站和微基站的接口和交互流程。重点解决了3个问题：微基站载波的发现和选择、用户同宏微载波的同步接入、宏微和微微载波间的测量切换。仿真结果表明，在相对理想的回传支持下，能较大幅度提升系统的切换性能、吞吐量和能效。

信令数据分离；极简数据载波；宏微协作

为了应对移动互联网的流量爆发式增长（预计到2020年移动互联网的流量将增加1 000倍[1]），运营商除了引入频谱效率更高的LTE网络之外，不得不部署更加密集的网络，并同时寻求更多的频段资源（比如3 GHz以上更高的频段）。我们预计在未来会出现密集部署的异构网络。相对低频的宏基站负责覆盖和对连续性要求较高的低速业务，高频的微基站负责热点的高速数据接入。另外高频微基站的覆盖面较小（小于50 m），必然会对微基站的组网、移动性、能耗等方面带来极大的挑战[2]。密集覆盖会导致干扰增大，降低吞吐量。同时会使得用户频繁切换，导致用户切换失败率增加。宏微基站的重叠覆盖，也会造成大量的能耗开销，微基站数量较多（在不远的将来估计与宏基站的数量比可能大于10比1），公共广播信道的开销较大，使得整体能耗较高。

云接入网（C-RAN）[3]是中国移动研究院在2009年提出的未来无线接入网形态，旨在设计低成本、高容量、高运营效率的无线接入网架构。在宏微密集组网下，C-RAN通过微远端无线射频单元（RRU）拉远的方式，将基带处理资源进行集中，形成一个基带资源池并对其进行统一管理与动态分配，在提升资源利用率、降低能耗的同时，还通过对协作化技术的有效降低干扰，提升网络性能。

目前3GPP的设计思路是将用于宏基站的载波进行简化后应用于微基站载波，微基站载波设计大多还保留了宏基站载波的设计，在测量，同步，接入和切换等机制上基本与宏站类似[4]，未充分挖掘基于宏微协作进行优化设计的可能性，这样制约性能和能效优化空间。本文考虑微站载波的特性（用户量较少，覆盖范围较小，且用户的移动性较低，时间扩展性和频率选择性衰落较小）和C-RAN集中基带处理统一调度的优势，进一步简化微站载波设计，充分利用C-RAN基带集中调度降低微基站的广播信令开销和处理复杂程度，设计低复杂度、低成本和低开销的数据接入载波。

1 总体架构设计

极简数据载波是一种由微站承载的数据载波，支持无公共信道开销、极少或者没有控制信道开销的数据载波；用户（UE）没有办法通过传统的广播信号进行极简数据载波的发现、选择，同步和切换测量[5]。本文重点解决如下问题：微基站载波的发现和选择，UE同宏微载波的同步，宏微和微微载波间的测量切换。本文假设信令宏基站载波沿用传统的LTE基站设计。如图1所示，基于C-RAN架构的极简载波网络架构主要包括信令宏基站载波（MC）、数据微基站载波（SC）。通过拉远宏/微RRU，基带处理集中的方式来部署。

MC除了具有传统LTE载波的完整设计外，还具有如下功能：

·协助SC完成初始接入

·协助MC覆盖范围内所有SC的切换

·控制MC覆盖范围内所有SC的调度

SC则是一种只传数据的新型载波，并配合宏信令基站完成UE的接入、切换、调度到数据基站，进行上下行的数据传输。具体地，SC的特征如下：

（1）简单、低开销，实现只传数据

仅有上下行数据信道以及随路的参考信号；无额外的专属控制信道，比如LTE中的物理下行公共控制信道（PDCCH）、物理上行公共控制信道（PUCCH）以及物理随机接入信道（PRACH）。

（2）去除传统的广播信令信号

取消用于站点发现以及同步（时间粗同步、载波同步）的主同步/辅同步信号（PSS/SSS）；取消用于时间精同步、支持小区移动性测量的小区专属参考符号（CRS）；取消小区专属的广播信息，包含承载在物理广播信道（PBCH）上的主系统信息块（MIB）以及承载在物理数据共享信道（PDSCH）上的系统信息块（SIB）。

2 极简数据载波关键技术

极简数据载波设计面临的一个核心问题是SC的发现、同步和测量。该问题的实现直接影响了SC的决策、接入和切换性能。极简数据载波设计建议摒弃固定的广播信号开销，突破性地改变传统“下行广播侦听”思想，由UE按需数据载波可侦听的需求信号，承载数据载波的SC进行上行侦听，并且在MC的协助下，快速完成同UE之间的同步和数据传输。因此，极简数据载波设计需要重点对UE发送的“上行侦听信号”以及“宏微协作”方案进行设计。

2.1 上行侦听信号设计

UE上行侦听信号要完全取代既有的“下行广播信号”，要求能够有效地支持SC的识别（或者换个思路讲，如果UE不能够识别微基站，要求微基站主动地去识别UE，服务UE）、UE同SC的上下行同步、SC信号测量以及UE上行接入功率决策。建议可以基于已有的上行探测参考信号（SRS）设计上行侦听信号，其相比同样是基于Zadoff-Chu（ZC）序列的上行随机接入前导（Preamble）和上行解调参考信号（DMRS）的优势是：Preamble主要由随机接入UE发出，并不是随路的。而DMRS跟UE数据耦合过于紧密，不方便通过如功率增强的方法，支持有效的SC检测。进一步地，考虑考虑到未来网络中的一个重要场景是MC和SC分别由不同频段的载波承载，其中MC倾向由低频段承载，而SC由高频段承载。兼容性考虑，极简载波设计希望上行侦听SRS优先由低频段的MC承载，并可被SC侦听。SC基于侦听结果，完成同UE的同步和传输配置。下文将进一步验证SRS作为上行侦听信号的可行性。

考虑到未来网络中的一个重要场景是MC和SC分别由不同频段的载波承载，其中MC倾向由低频段承载，而SC由高频段承载。兼容性考虑，极简载波设计希望上行侦听SRS优先由低频段的MC承载，并可被SC侦听。SC基于侦听结果，完成同UE的同步和传输配置。

（1）上行同步需求

关于CP和保护间隔[6]，借鉴传统LTE中的随机接入前导序列的知识，若SC要基于MC上传输的SRS来实现上行同步，要求UE对应SC的时间提前量（TA）小于宏小区上的承载SRS的符号的CP。因为尽管UE对于MC是上行同步的，但是对于SC尚未完成上行同步。可以利用信令宏基站和数据微基站覆盖的差异性来解决这个问题：对于100 m半径的数据微基站，或者，假设最大半径为500 m的数据微基站，其最大传输时间是1.667 μs，对应的TA应该是3.34 μs，这个TA小于SRS信号的CP（在LTE常规CP中（非扩展CP），CP的长度为4.69 μs），所以这个SRS信号对于数据基站来就不需要保护时间间隔。

关于时间提前量，LTE中，宏小区随机接入前导对应的TA为11比特（最大取值1 282），允许的最大的时间提前量是0.667 ms，对应为100 km宏小区的最大的往返传输时间（RTD）。如果SC覆盖范围是500 m，那么对应的TA应是3.34 μs，对应需要log2（3.34 μs/16Ts），Ts=1/30.72 μs，约合3 bit信息。而SRS允许的最大TA调整量为6 bit，是足够实现SC同步的。当然，实际测得的TA是RTD和传播时延扩展的和。考虑到传播时延扩展对于不同频段具有差异性，需要验证基于低频段MC上传输的SRS得到的TA用到高频段的可行性：参考ITU信道模型[7]，2 GHz室外NLOS最大的时延扩展为0.36 μs，而2.5 GHz室内NLOS最大的时延扩展为0.12 μs，因此，如果考虑高低频段在时延扩展的差异性，潜在可能存在的最大时延扩展差异为0.36 μs，小于一个TA调整步长16Ts（0.52 μs）。因此，通过低频段SRS上行侦听得到的TA可以很好地应用到高频段。

关于频偏估计，根据ITU信道模型，频偏主要跟中心频点、UE移动速率、信号到达角以及UE移动方向相关。其中，最大频偏取决于中心频点和UE移动速率。如果考虑SC主要支持移动速率在30 km/h以及以下的移动性，并且假设，MC部署在2 GHz频段，而SC部署在6 GHz频段，那么两者的最大的频偏分别为：55.56 Hz以及166.67 Hz，两者的频偏差异最大为222.23 Hz，具体的差异值跟信号到达角和UE移动性相关；考虑到该频偏差异值仅为LTE 15 kHz子载波宽度的1.5%，UE初始接入可以忽略频偏的影响。进一步地，考虑到SC在高频段工作有望采用更大的子载波宽度来实现更小的传输时间间隔（TTI），频偏的影响基本可以忽略。可以通过数据传输过程中符号的CP实现SC频率的微调。

（2）上行测量需求

LTE系统已经使用上行SRS信号的发送实现UE上行信道的测量，也就是SRS本来具有可测量性。并且这个对应具体UE的已知的SRS信号可以由MC传递给SC。故SRS信号对于SC也是已知、可测量的。

（3）下行同步和测量需求

在未来，越来越多的高频数据微载波（比如3.5 GHz）会使用TDD机制，可以利用上下行信道的互易性获取UE同SC的下行的同步信息以及测量结果。但是，如上文所述，利用SRS获取同步和测量时存在偏移的。LTE中载波聚合（CA）中不同的子载波（CC）之间最大下行接收容忍的时钟差为31.3 μs[8]。如果考虑传播时延扩展为16.7 μs的话，那么对应的往返时延14.6 μs支持最大约1 km的覆盖。所以可以认为，允许SC存在一定的下行时钟偏移。并在数据数据传输过程中，利用随路的导频信号进行精确调整，比如DM-RS。

综上，SRS用于上行侦听信号，支持UE同SC之间的同步、测量是完全可行的。

2.2 关键流程分析

基于“上行侦听信号”实现SC检测、测量、同步的方法，要求MC为SC提供更多的支持，因此面向这种新型的架构设计，需要新的接入和切换流程进行支持。

2.2.1 极简载波接入

基于极简数据载波接入如图2所示。在宏微协作双连接接入过程中，MC跟终端接口完成信令面的配置，与此同时，MC控制SC完成上行侦听，决策选出数据面无线资源。该过程主要包含如下步骤：

（1）随机接入以及SRS分配

UE采用LTE 4步随机接入过程接入到MC，其中MC在无线资源控制（RRC）[9]建立随机接入消息（Msg4）中为用户配置SRS以及进行SRS无线资源分配。

（2）UE上下文传递、SRS侦听以及SC无线资源决策

UE完成信令承载1（SRB1）及其无线资源配置，并在SRB1同MC完成非接入层信令（NAS），包含业务请求、用户能力、安全激活的交互（该过程涉及无线信令5条，若不考虑核心网交互时延的话，时延15 ms）。与此同时，MC配置SC侦听对应SRS信号，基于SRS获取UE的TA估计、信号测量，并反馈给MC，由MC基于反馈信息以及其他已知的上下文信息，选择出最优的SC；进一步地，MC联合最优SC，决策最优SC上对应于UE的无线资源分配。“上行侦听以及决策”涉及到空口SRS侦听、SRS侦听结果回传、SRS侦听结果处理，并完成最优SC以及最优SC上的资源决策，对应时延为：SRS侦听持续时间+SRS侦听结果回传+SRS侦听结果处理+最优SRS以及最优SC上的资源决策；如果SRS侦听持续时间为10 ms（参考：LTE中需要获取8个PSS/SSS样本，持续时间40 ms，才能检测出信号最优的3个小区。这里假设SRS比PSS/SSS更加密集，或者检测性能更好。因为SRS相比PSS/SSS更容易实现干扰协调），那么在理想回传以及集中基带池环境下，5 ms内实现SRS侦听结果回传、处理以及资源决策是可以实现的。因此，“结合上行侦听的SC资源决策”可以不造成更大的接入时延。

（3）RRC连接重配置

MC同UE交互完成信令承载2（SRB2）及数据承载（DRB）建立和无线资源分配。其中无线资源包含最优SC的接入信息，包括异频数据载频频域同步偏置、TA、上行接入功率、资源分配。

（4）SC接入以及数据传输

UE完成SRB2以及DRB配置，并且基于收到的SC的TA、利用上下行信道互易性，以及基于数据载频频域同步偏置，完成同最优数据基站的上下行同步。然后，UE可以在SC上对应无线资源进行数据传输；传输过程中可以基于随路的DMRS，调整时间、频域同步以及信道估计。

相比传统的单连接接入流程，双连接接入的时延可能多在连接重配置的时候不仅要考虑承载的配置，还需要考虑数据站点的上下行同步配置，另一方面，由于上行侦听方案可能实现不了非常精确的同步状态（包括时频和信道估计），需要在数据发送过程中进行调整。上行侦听方案对应的能效和性能增益或者损失需要具体的评估来验证。

2.2.2 极简载波切换

极简载波引入后，主要新的切换场景是宏微载波之间的切换（如图3所示），大致的思路类似于初始接入。不同的是触发SC侦听的时机不同，MC可以根据正在服务的SC反馈上来的信号强度低于某一门限值，则可以触发附近的SC进行SRS的侦听。同样的，MC告知对应的SC关于UE的标识以及UE的SRS配置以及资源位置，然后SC侦听对应SRS信号，并将SRS侦听信号反馈给MC，MC基于SRS获取UE的TA估计和信号测量等。MC根据反馈信息以及其他已知的上下文信息，选择出最优的SC；进一步地，MC联合最优SC，决定UE的无线资源分配。后续完成SC无线资源重配置和SC接入以及数据传输。

传统LTE切换流程要求在信令面上首先释放源站点的连接，并在目标站点完成同步接入以及资源重配，并且在数据面上要求完成源站点到目的站点的缓存数据的转移。相比之下，本切换流程基于C-RAN集中基带池处理，完全是基带池内部操作，而且因为不涉及承载的重配置（而是站点和物理资源的重配）、不需要额外的随机接入过程以及用户面的数据转移（因为用户面统一由信令基站路由调度），能够节约较多的空口信令，以及时延开销。

3 仿真评估

本文以传统异构网络（HetNet）为基准[10]、参照EARTH[11]功耗模型，对极简载波新型设计（NCT）进行了评估和比较。其中重点考虑了不同的移动等级，包括：3 km/h、30 km/h、60 km/h[12]，以及不同的时延的回传，如2 μs、10 ms，分别对应理想回传以及不理想回传。

系统吞吐量和系统能效比较如图4示。图4中LTE为传统LTE HetNet，NCT为基于极简载波新载波类型，2 μs、10 ms为不同时延的C-RAN回传。高速移动场景下，由于UE的信号测量时延导致没法对变化的信号的环境进行准确判断，并且由于切换时延导致切换的命令同新的网络环境不匹配，导致切换的失败率增加，导致系统吞吐量的降低、系统能效降低。相比传统的LTE HetNet，极简载波NCT能够较好优化移动性能，即随着UE移动速度的增大，切换引发的性能下降会有所缓和。对于LTE HetNet，30 km/h的移动速率就引发了42%的吞吐量以及能效的损失，相比之下，基于理想回传的极简载波NCT的吞吐量损失是19%，而不理想回传对应的损失是43%（尽管如此，由于NCT大幅节约了小蜂窝固定信令传输开销，高时延NCT仍有增益）。可见，NCT架构对于切换性能的优化（直接关系到系统吞吐量和能效的优化）同C-RAN回传密切相关。在理想回传下，NCT的系统吞吐量和能效较LTE网络有显著提升，在低速场景（3 km/h）增益为26%，在中高速移动场景下（30 km/h和60 km/h）的增益尤为明显，分别为76%和110%。这是因为在中高速场景下，基于NCT的网络同时从信令节约以及移动性提升两个方面带来增益。随着回传时延的增大，比如10 ms，基于NCT的网络性能和能效增益将下降，特别是中高速移动场景下，由于回传的不及时，导致切换性能大幅下降，吞吐量和能效也大幅下降。结论：新型载波的设计依赖于较为理想的回传，基于理想回传的新型载波能够显著提升网络的切换、吞吐量性能以及系统能效。

4 结束语

基于数据信令解耦的无线网络架构是解决密集高频段小蜂窝部署的重要手段，得到业界的广泛认同。那么如何实现有效的数据信令解耦方案，提升系统切换、吞吐量、能效等性能，需要更多的探索。本文从一种极简数据载波设计思想出发，探索了在C-RAN架构下基于宏站协作实现无公共信道开销的数据载波的可能性，并给出了架构和流程分析。该方案能够有效解决密集高频段小蜂窝的切换干扰、能耗较高等问题，并且不会带来更大的信令负荷以及时延。仿真结果显示，方案能够有效提升系统的能效、性能（吞吐量、切换）。后续工作将进一步量化分析初始同步（时间、频域）偏差对系统性能的影响。并将融合面向高频段新型物理波形设计，验证所述新型网络架构的性能和能效，并进一步优化。

（3）RRC连接重配置

MC同UE交互完成信令承载2（SRB2）及数据承载（DRB）建立和无线资源分配。其中无线资源包含最优SC的接入信息，包括异频数据载频频域同步偏置、TA、上行接入功率、资源分配。

（4）SC接入以及数据传输

UE完成SRB2以及DRB配置，并且基于收到的SC的TA、利用上下行信道互易性，以及基于数据载频频域同步偏置，完成同最优数据基站的上下行同步。然后，UE可以在SC上对应无线资源进行数据传输；传输过程中可以基于随路的DMRS，调整时间、频域同步以及信道估计。

相比传统的单连接接入流程，双连接接入的时延可能多在连接重配置的时候不仅要考虑承载的配置，还需要考虑数据站点的上下行同步配置，另一方面，由于上行侦听方案可能实现不了非常精确的同步状态（包括时频和信道估计），需要在数据发送过程中进行调整。上行侦听方案对应的能效和性能增益或者损失需要具体的评估来验证。

2.2.2 极简载波切换

极简载波引入后，主要新的切换场景是宏微载波之间的切换（如图3所示），大致的思路类似于初始接入。不同的是触发SC侦听的时机不同，MC可以根据正在服务的SC反馈上来的信号强度低于某一门限值，则可以触发附近的SC进行SRS的侦听。同样的，MC告知对应的SC关于UE的标识以及UE的SRS配置以及资源位置，然后SC侦听对应SRS信号，并将SRS侦听信号反馈给MC，MC基于SRS获取UE的TA估计和信号测量等。MC根据反馈信息以及其他已知的上下文信息，选择出最优的SC；进一步地，MC联合最优SC，决定UE的无线资源分配。后续完成SC无线资源重配置和SC接入以及数据传输。

传统LTE切换流程要求在信令面上首先释放源站点的连接，并在目标站点完成同步接入以及资源重配，并且在数据面上要求完成源站点到目的站点的缓存数据的转移。相比之下，本切换流程基于C-RAN集中基带池处理，完全是基带池内部操作，而且因为不涉及承载的重配置（而是站点和物理资源的重配）、不需要额外的随机接入过程以及用户面的数据转移（因为用户面统一由信令基站路由调度），能够节约较多的空口信令，以及时延开销。

3 仿真评估

本文以传统异构网络（HetNet）为基准[10]、参照EARTH[11]功耗模型，对极简载波新型设计（NCT）进行了评估和比较。其中重点考虑了不同的移动等级，包括：3 km/h、30 km/h、60 km/h[12]，以及不同的时延的回传，如2 μs、10 ms，分别对应理想回传以及不理想回传。

系统吞吐量和系统能效比较如图4示。图4中LTE为传统LTE HetNet，NCT为基于极简载波新载波类型，2 μs、10 ms为不同时延的C-RAN回传。高速移动场景下，由于UE的信号测量时延导致没法对变化的信号的环境进行准确判断，并且由于切换时延导致切换的命令同新的网络环境不匹配，导致切换的失败率增加，导致系统吞吐量的降低、系统能效降低。相比传统的LTE HetNet，极简载波NCT能够较好优化移动性能，即随着UE移动速度的增大，切换引发的性能下降会有所缓和。对于LTE HetNet，30 km/h的移动速率就引发了42%的吞吐量以及能效的损失，相比之下，基于理想回传的极简载波NCT的吞吐量损失是19%，而不理想回传对应的损失是43%（尽管如此，由于NCT大幅节约了小蜂窝固定信令传输开销，高时延NCT仍有增益）。可见，NCT架构对于切换性能的优化（直接关系到系统吞吐量和能效的优化）同C-RAN回传密切相关。在理想回传下，NCT的系统吞吐量和能效较LTE网络有显著提升，在低速场景（3 km/h）增益为26%，在中高速移动场景下（30 km/h和60 km/h）的增益尤为明显，分别为76%和110%。这是因为在中高速场景下，基于NCT的网络同时从信令节约以及移动性提升两个方面带来增益。随着回传时延的增大，比如10 ms，基于NCT的网络性能和能效增益将下降，特别是中高速移动场景下，由于回传的不及时，导致切换性能大幅下降，吞吐量和能效也大幅下降。结论：新型载波的设计依赖于较为理想的回传，基于理想回传的新型载波能够显著提升网络的切换、吞吐量性能以及系统能效。

4 结束语

基于数据信令解耦的无线网络架构是解决密集高频段小蜂窝部署的重要手段，得到业界的广泛认同。那么如何实现有效的数据信令解耦方案，提升系统切换、吞吐量、能效等性能，需要更多的探索。本文从一种极简数据载波设计思想出发，探索了在C-RAN架构下基于宏站协作实现无公共信道开销的数据载波的可能性，并给出了架构和流程分析。该方案能够有效解决密集高频段小蜂窝的切换干扰、能耗较高等问题，并且不会带来更大的信令负荷以及时延。仿真结果显示，方案能够有效提升系统的能效、性能（吞吐量、切换）。后续工作将进一步量化分析初始同步（时间、频域）偏差对系统性能的影响。并将融合面向高频段新型物理波形设计，验证所述新型网络架构的性能和能效，并进一步优化。

（3）RRC连接重配置

MC同UE交互完成信令承载2（SRB2）及数据承载（DRB）建立和无线资源分配。其中无线资源包含最优SC的接入信息，包括异频数据载频频域同步偏置、TA、上行接入功率、资源分配。

（4）SC接入以及数据传输

UE完成SRB2以及DRB配置，并且基于收到的SC的TA、利用上下行信道互易性，以及基于数据载频频域同步偏置，完成同最优数据基站的上下行同步。然后，UE可以在SC上对应无线资源进行数据传输；传输过程中可以基于随路的DMRS，调整时间、频域同步以及信道估计。

相比传统的单连接接入流程，双连接接入的时延可能多在连接重配置的时候不仅要考虑承载的配置，还需要考虑数据站点的上下行同步配置，另一方面，由于上行侦听方案可能实现不了非常精确的同步状态（包括时频和信道估计），需要在数据发送过程中进行调整。上行侦听方案对应的能效和性能增益或者损失需要具体的评估来验证。

2.2.2 极简载波切换

极简载波引入后，主要新的切换场景是宏微载波之间的切换（如图3所示），大致的思路类似于初始接入。不同的是触发SC侦听的时机不同，MC可以根据正在服务的SC反馈上来的信号强度低于某一门限值，则可以触发附近的SC进行SRS的侦听。同样的，MC告知对应的SC关于UE的标识以及UE的SRS配置以及资源位置，然后SC侦听对应SRS信号，并将SRS侦听信号反馈给MC，MC基于SRS获取UE的TA估计和信号测量等。MC根据反馈信息以及其他已知的上下文信息，选择出最优的SC；进一步地，MC联合最优SC，决定UE的无线资源分配。后续完成SC无线资源重配置和SC接入以及数据传输。

传统LTE切换流程要求在信令面上首先释放源站点的连接，并在目标站点完成同步接入以及资源重配，并且在数据面上要求完成源站点到目的站点的缓存数据的转移。相比之下，本切换流程基于C-RAN集中基带池处理，完全是基带池内部操作，而且因为不涉及承载的重配置（而是站点和物理资源的重配）、不需要额外的随机接入过程以及用户面的数据转移（因为用户面统一由信令基站路由调度），能够节约较多的空口信令，以及时延开销。

3 仿真评估

本文以传统异构网络（HetNet）为基准[10]、参照EARTH[11]功耗模型，对极简载波新型设计（NCT）进行了评估和比较。其中重点考虑了不同的移动等级，包括：3 km/h、30 km/h、60 km/h[12]，以及不同的时延的回传，如2 μs、10 ms，分别对应理想回传以及不理想回传。

系统吞吐量和系统能效比较如图4示。图4中LTE为传统LTE HetNet，NCT为基于极简载波新载波类型，2 μs、10 ms为不同时延的C-RAN回传。高速移动场景下，由于UE的信号测量时延导致没法对变化的信号的环境进行准确判断，并且由于切换时延导致切换的命令同新的网络环境不匹配，导致切换的失败率增加，导致系统吞吐量的降低、系统能效降低。相比传统的LTE HetNet，极简载波NCT能够较好优化移动性能，即随着UE移动速度的增大，切换引发的性能下降会有所缓和。对于LTE HetNet，30 km/h的移动速率就引发了42%的吞吐量以及能效的损失，相比之下，基于理想回传的极简载波NCT的吞吐量损失是19%，而不理想回传对应的损失是43%（尽管如此，由于NCT大幅节约了小蜂窝固定信令传输开销，高时延NCT仍有增益）。可见，NCT架构对于切换性能的优化（直接关系到系统吞吐量和能效的优化）同C-RAN回传密切相关。在理想回传下，NCT的系统吞吐量和能效较LTE网络有显著提升，在低速场景（3 km/h）增益为26%，在中高速移动场景下（30 km/h和60 km/h）的增益尤为明显，分别为76%和110%。这是因为在中高速场景下，基于NCT的网络同时从信令节约以及移动性提升两个方面带来增益。随着回传时延的增大，比如10 ms，基于NCT的网络性能和能效增益将下降，特别是中高速移动场景下，由于回传的不及时，导致切换性能大幅下降，吞吐量和能效也大幅下降。结论：新型载波的设计依赖于较为理想的回传，基于理想回传的新型载波能够显著提升网络的切换、吞吐量性能以及系统能效。

4 结束语

基于数据信令解耦的无线网络架构是解决密集高频段小蜂窝部署的重要手段，得到业界的广泛认同。那么如何实现有效的数据信令解耦方案，提升系统切换、吞吐量、能效等性能，需要更多的探索。本文从一种极简数据载波设计思想出发，探索了在C-RAN架构下基于宏站协作实现无公共信道开销的数据载波的可能性，并给出了架构和流程分析。该方案能够有效解决密集高频段小蜂窝的切换干扰、能耗较高等问题，并且不会带来更大的信令负荷以及时延。仿真结果显示，方案能够有效提升系统的能效、性能（吞吐量、切换）。后续工作将进一步量化分析初始同步（时间、频域）偏差对系统性能的影响。并将融合面向高频段新型物理波形设计，验证所述新型网络架构的性能和能效，并进一步优化。