异构网络中小小区发现技术研究*

［张传玺 赫杰 谭丹］

异构网络中小小区发现技术研究*

［张传玺 赫杰 谭丹］

未来移动通信网络中，异构网将成为主流，一个宏基站下可能有多个小小区（smallcell）存在，这些小小区按覆盖范围可以分为微基站（microcell）、微微基站（picocell）、家庭基站（femtocell）、中继（relay）等；smallcell快速准确的发现对我们进行小区切换和小区关断技术研究也有很重要的意义。

异构网 小小区 小小区发现

张传玺

重庆邮电大学通信与信息工程学院2014级研究生，主要研究方向：移动通信。

赫杰

重庆邮电大学通信与信息工程学院。

谭丹

重庆邮电大学通信与信息工程学院。

引言

异构网络由不同的基站节点组成，通过对其灵活的部署，既能满足当前激增的无线业务需求，又能达到绿色通信的目的。同时，异构网络中大量干扰的存在现实，传统的小区发现在此场景中不合时宜，3GPP讨论了新的小区发现机制，但并没有具体提出未来使用方案［1］。3GPP高层协议方面［2,3］提出的潜在技术也需要快速小区发现去支持，所以关于小小区发现技术研究有很重要意义。

本文介绍了异构网络部署场景，着重讨论了未来小小区发现的可能采用机制，最后介绍发现参考信号（DRS）

［4］的研究和提高小小区发现性能的技术。

1　异构网络的部署场景

异构网络主要有3种部署场景。F1、F2指不同的频率，图1宏小区和小小区同频部署，小小区均部署在户外。图2（a）宏小区和小小区异频部署，小小区均部署在户外，图2（b）宏小区和小小区异频部署，小小区均部署在户内。图3仅部署室内小小区场景，在该场景下不存在宏小区。

图1　宏小区和小小区同频部署

图2　（a）宏小区和小小区异频部署，小小区在户外

图2　（b）宏小区和小小区异频部署，小小区在户内

图3　仅部署室内小小区

2　小小区发现机制

2.1基于传统小区发现机制（3GPP标准）

UE需要周期性的检测小小区基站广播的参考信号，测量参考信号的接收质量（RSRP），当UE发现某个小小区的RSRP大于预设的阈值时，判定发现了小小区，准备切换业务。缺点就是固定的测量间隔（MG）和测量周期（MP）使得UE消耗大量能量，尤其是对于密集部署的小小区场景，多个载波频率的扫描会消耗大量的UE能耗。

2.2基于终端移动状态（DMS）的小区重选方法

3GPP定义了指定时间窗口内，基于小区再选择的UE状态判定方法。也就是说在指定时间间隔内发生的小区重选次数和切换次数来估计终端的移动状态［5］。

Ncr为指定时间内小区重选次数，Ncr-h为最大的重选阈值，Ncr-l为最小的重选阈值。网络持续跟踪每个UE的移动状态信息（MSE），并根据MSE分配频间测量间隔（IFMG），如果UE处在“High”或“Medium”状态时，UE挂起频间测量（IFM），即只有当UE处于“Low”状态时，才会进行频间测量，那么就在一定程度上节省了UE的能量消耗。因为处于高速移动的UE，与小小区连接时间较短，小小区带来的分流增益可能都弥补不了小小区发现所付出的代价。

2.3基于射频指纹的小区发现机制

UE的位置信息表明其周围至少存在一个小小区时，可以由UE（网络侧也可以）触发IFM操作。

指纹数据库中每个指纹包括：

对应位置点附近的N个最强宏小区ID

每个宏小区ID对应的UE信号接收强度RSRP

每个数据库包括M个指纹，N称为指纹的大小。小区的发现是通过利用宏小区ID和RSRP构成的指纹数据库来实现的，数据库的每一个条目叫射频指纹（RF Fingerprint）它是在每个小区的附近采集得到的。当UE进行小区发现时，接收到来自宏基站发送的参考信号，接收到N个宏基站的标识（IDs），

并与数据库匹配，如果匹配成功说明UE附近存在一个宏小区，之后在进行确知信号（如同步序列）的搜索，之后在于小区建立连接［6］-［8］。宏小区射频指纹数据库如表1所示。

表1　宏小区指纹数据库

步骤一、宏小区ID的匹配。

步骤二、UE的参考信号接收质量与数据库中宏小区ID对应的RSRP比较，在一个偏置范围内就认为匹配成功。

α偏置因子，δ修正因子由网络侧配置。有了RSRPoffset我们可以定义一个物理区域，中心为小区中心，半径为r，r的设置应该使小小区能够更容易的搜索出小小区。

该方案步骤简单，可以节省大量能耗［9，10］，但存在指纹准确性的问题，以及指纹数据库的建立、更新、维护问题。

3　小区搜索

小区搜索是终端与服务小区建立时频同步并且发现小区标识的过程，分为初始模式小区搜索和连接模式小区搜索。初始模式小区搜索指开机过程，UE在很少或没有先验信息情况下去发现一个合适的基站并且从该基站接收服务消息。连接模式小区搜索是指处于连接状态的UE进行周期或非周期的小区搜索以便发现信号质量较好的小区用于重选和切换［11，13］。

异构网络小小区发现机制中两种小区发现模式都会存在 ，密集部署小小区的情景下，为了增加小小区分流宏小区业务和提升网络整体的吞吐量，连接模式的小区搜索应用更为频繁。快速有效地小小区发现对于减少宏基站负载压力，优化。

网络的部署，以及后续小小区开关的研究都有极其重要的作用。

4　小小区发现参考信号研究

3GPP对于小小区密集部署场景下潜在的发现参考信号进行了讨论，但是并没有给出确切结论。传统的小区发现和RRM测量使用同步信号（SS）和小区专用参考信号（CRS）［14］，小小区密集部署的场景下，SS和CRS会受到很强的邻近小区干扰，为了满足性能要求需要采用较长的周期获取更多个采样信号。

未来可能用到的发现信号（DRS）：同步信号（PSS/SSS）、小区专用参考信号（CRS）、位置参考信号（PRS）、信道状态信息参考信号（CSI-RS）、伴随参考信号、以及结合了消躁和干扰消除技术的以上参考信号、或者多种参考信号的联合应用［15］。

消躁（muting）指发现信号间隔传输如图4所示，因为一个小小区簇中所有小小区均同步，所以小区发送的发现信号会完全重合在一起，造成很强的干扰，如果小小区间隔传输发现信号那就有效的消除了干扰，提高了发信信号信噪比（SINR）。UE为实现更好的检测性能需要网络层进行配置间隔传输模式，当辅助信息把间隔模式传给UE时，UE的检测性能将大幅提升。

图4　发现信号间隔传输

干扰消除［16，17］指UE进行小小区发现时，检测到最强的小小区并建立时频同步和估计出信道矩阵，之后去除最强小区的影响进行迭代，依次发现次强小区等等。

5　结束语

Smallcell作为一种新技术在消除信号盲区和分流宏基站业务压力，以及提高网络吞吐量等方面起到极其重要的作用，smallcell快速有效的发现能够更好的支持小小区关断技术研究和绿色通信。

本文详细介绍了小小区发现的可能机制和发现信号的特点，以及发现信号设计的考虑因素，为以后小小区发现研究做一定的参考。

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，乐光新，尹长川，LTE小区搜索中循环前缀类型判决和辅同步信号检测算法的改进吉林大学学报，2012年第2期

12 成李娜，LTE-A中异构网的小区搜索和下行同步过程的研究，北京邮电大学，2013

13 汪耀军，LTE-A异构网中的小区选择与重选，北京邮电大学，2011

14H. L. Määttänen， 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杜忠涛，解志斌，两层异构网络中基于分簇DIA的干扰消除算法.微电子学与计算机，2015

17王振，李贵永，smallcell发现技术的研究分析，2015，41（12）：15-17，21

18王赟，汪晋宽，解志斌，基于迭代最小二乘的按序串行干扰消除MIMO判决反馈算法，系统仿真学报，2009

10.3969/j.issn.1006-6403.2016.06.018

LTE-Advance MIMO矢量分析仪 编号：2015ZX03001010-003。

（2016-06-01）