浅谈HetNet组网

［周芳梅］

浅谈HetNet组网

［周芳梅］

HetNet 关键技术 组网设计

周芳梅

毕业于北京交通大学通信工程专业学士，现就职于广东南方电信规划咨询设计院有限公司，助理工程师，主要从事无线网络规划、设计工作。

1 HetNet的概念

LTE在3GPP R10协议中，引入了HetNet（Heterogeneous Network，异构网络），指采取分层组网，在宏小区的广度覆盖下布放LPN（Low Power Node，低功率节点）进行深度覆盖的组网方式［1］，即通过采用宏蜂窝（marco cell）、射频拉远（RRH）及低功率节点（如微微小区（pico cell）、家庭基站（home eNodeB，HeNB）、中继（relay node，RN）等）进行分层组网［2］，提高了链路数据速率，有效实现了高数据流量、高密度的热点区域覆盖。图1是LTE HetNet的简单示意。

（1）宏蜂窝在LTE中也称作为eNode B（增强型节点）。传统的宏蜂窝主要由宏基站组成，发送功率可达46dBm，覆盖面积大，可达几千米，能为上千用户提供相应服务。

图1 LTE HetNet

（2）微微蜂窝属于比较低的功率节点，和宏蜂窝的接入特性相似。其一般由运营商安装，对于宏蜂窝覆盖不足的区域可以提高一定的室内外容量。发射功率一般为23～30dBm左右，可为几十个用户提供服务。

（3）家庭基站，在2G、3G网络中被定义为femtocell，到了LTE阶段则被称为HeNB，属于低功率节点［1］。一般由用户自行安装，并通过Internet和标准的IP将数据通过公网回程传输到移动核心网，回程链路则可利用用户的家庭宽带（如电缆、光纤或DSL等）来连接，服务于企业或者家庭的小范围活动用户。

（4）中继技术，是在基站与移动端之间增加一个或多个中继节点，通过无线连接到其归属的eNode B小区，负责对无线信号进行一次或者多次的转发，即无线信号要经过多跳才能到达移动台。

（5）射频拉远是将基带信号转成光信号传送，而后在远端放大的一种技术。传统的基站采用在机架内进行射频调制，用射频电缆将射频信号拉远至天面后连接功放单元及智能天线。该技术使得室内处理单元和室外无线天馈系统进行了有效分离，并且能够进行单独设置，改善了信号难以到达区域的覆盖质量。

除此之外，HetNet还可能包含WiFi、用户直连通信、分布式天线系统等，在此不再详述。

2 HetNet组网的关键技术

2.1小区协同

在HetNet组网中，通过宏蜂窝小区与微小区之间的协同可以获得较高的协调增益，提升网络数据的容量和吞吐量，提高频谱资源的利用率，对无线网络的整体性能产生积极的影响，也让用户获得更好的体验。

在小区选择方面，宏蜂窝小区因其发射功率高而下行信号强，微小区则因距离比较近而上行信号强（如图2短划线所标识的区域）。微小区距离宏基站位置不同，其覆盖面积和容量提升效率也不同，故运营商在进行网络部署时，一般会优先将微小区放置于宏小区RSRP较低的区域，同时通过选择设备挂高点、使用定向天线、降低发射功率等方式来调整微小区的覆盖范围。此外，微宏小区之间甚至是微小区之间，都尽量利用室内墙体、楼板、建筑物外墙等进行物理隔离。这与小区之间独立且无协同的分层结构对比，有着更大的优势。

2.2 高性能回传

图2 HetNet的小区选择

对于多标准无线部署的HetNet组网结构，比如TDSCDMA 、LTE和WiFi等，都对回传有着越来越大的需求。传统回传方案包括光纤、双绞线、以太网线、电缆和微波等。当站点具备有线回传时，理所当然的优先选择有线回传。

当站点不具备有线回传时，将会考虑进行无线回传。无线回传相对来说部署灵活，但与有线回传相比可靠性较低，比如通过具有无线传播能力的微波、TD-LTE、WiFi等回传。常规频段的微波（6-42GHz）适用于大多数场景下的无线回传，V-Band（60GHz）和E-Band微波（80GHz）是高频段微波，具有大容量、频谱费用低和适合密集部署的特点，在短距高带宽小基站部署场景下，有突出的成本优势；在有2.6G/3.5G TDD频谱，非视距（Non Line of Sight，NLOS）、一点到多点（Point-to-Multipoint，P2MP）的情况下，可考虑TD-LTE回传方式，也可采用Sub-6GHz频段微波实现非视距回传；在以数据业务为主的低成本部署场景中，可采用WiFi回传［3］。

如何解决回传问题已经成为网络部署的主要挑战之一，这就需要在数据传输中选择一种正确、可靠的回传方案，让无线网络不因回传问题而影响速率，也让无线信号在回传后依然保持较高的网络质量。

2.3 网络自组织

网络自组织（Self-Organized Network，SON）主要由运营商提出，包括自配置、自优化和自治愈三个特性，该特性能更好地适应HetNet组网结构的扁平化和灵活性，有效的管理大量不同节点，减少运营商对网络进行操作维护的人工成本。

（1）自配置指对新部署的eNodeB通过自动安装过程进行配置，从而获取必要的配置信息和系统操作，主要包括站点位置的智能选择、软件和配置文件的自动下载和更新、自动配置检查和存量更新、自动测试等功能。其从设备安装上电到用户设备能够正常接入进行业务操作，可在很少或者完全没有工程人员干预的前提下完成。它简化了新站开通调测流程，减少了人为干预环节，降低了对工程施工人员的要求，目标是做到即插即用，真正降低开站难度从而减少运维成本。

（2）自优化主要包括干扰协调、物理信道的自优化、随机接入信道优化、准入控制参数优化、拥塞控制参数优化、分组调度参数优化、链路层重发方案优化、覆盖间隙侦测、切换参数优化、负载均衡、家庭eNodeB的自优化等。其根据终端用户设备和基站eNode B的性能测量等网络运行状况，对网络参数进行自我调整优化，以达到提高网络性能和质量和减少网络优化成本的目的。

（3）自治愈，顾名思义，指网络问题的自我治愈，功能主要包括小区停用预测、小区停用侦测、小区停用补偿等。该功能通过对系统告警和性能的检测发现网络问题，并自检测定位，部分或者全部消除问题，最终实现对网络质量和用户感受的最小化影响。

3 HetNet组网的设计规划

HetNet组网设计的有效方法，包括提升、加强和增加移动宽带的基础设施，同时引入一体化小基站。

（1）提升现有宏蜂窝小区的性能：通过在基站建设中选择更先进更智能的天线来进行系统分布，通过宏微协同提高频谱资源的利用率，通过选择不同的回传方式来提高数据的传输速率，同时综合多天线、多载波、多扇区和高阶调制等技术，使无线网络更加的高效和可靠，确保用户能够始终如一的享受无线网络带来的高品质体验。

（2）加强密集化的宏蜂窝网络：传统的宏蜂窝小区往往存在通信质量差的阴影区和业务繁忙区，主要由于电波在传播过程中遇到障碍物和传播空间负荷分布不均匀造成。目前依靠对小区进行分裂以及适当的建设直放站等办法来加强宏蜂窝网络的密集化覆盖，从而来减少阴影区和业务繁忙区带来的信号问题。

然而不能无限制地分裂宏蜂窝小区和设置直放站，因为往往需要通过牺牲容量来提高通信质量，而网络覆盖的扩大又会导致通信质量的下降。因此需要通过增加微小区以及室内覆盖（比如WiFi）等方式来弥补宏蜂窝覆盖的不足。

（3）增加微小区：微小区技术是为了补充无线信号的覆盖而发展起来的，其发射功率较小且基站天线安装位置较低，既增加了业务密度，也在一定程度上减少了信号损耗。实际设计时，一般用于宏蜂窝小区覆盖不到又有较大话务量的地铁隧道等场景，或者话务量比较集中的商务楼等场景，以及话务量很高的商业街道等场景。通过这样的设计，则可以分担热点区域内产生的话务，提高单用户的容量，提升宏蜂窝的网络性能，保证覆盖区域内的网络速率，从而提升网络的整体性能。

（4）一体化小基站

随着大众环保意识和防辐射意识的增强，站址选择越来越困难，那么利用路灯杆、监控杆或者挂墙等方式来部署基站，既安装便捷又降低人工成本，越来越受到运营商的青睐。根据不同场景的部署要求，小基站可将供电、传输、防雷等功能进行拉远，然后小基站选择单独部署；也可对供电、传输、防雷等功能进行集成。一体化小基站的外观可采用球形或者方形，并进行适当美化，方便融合到周围环境中。

在HetNet组网中，通过确定某区域是否需要增加站点、是否需要对宏蜂窝网络进行密集化建设以及是否需要对现有的网络系统进行改善等来规划网络的覆盖需求和未来需要满足的容量。具体采用哪种方式来规划建设则取决于现有网络的小区密度、小区协同的能力及抗干扰能力、回传的可靠性，取决于未来业务流量的预测和未来网络数据速率的需求，也取决于每一种网络结构的技术支撑能力、建设的经济可行性。

4 结束语

HetNet组网较为复杂，本文着重论述了几种关键技术，如小区协同、回传、SON等，并从提升、加强和增加移动网基础设施、引入一体化小基站等角度提出了组网的规划设计，让更多人对未来无线网络的组网架构有着更加清晰的认识。随着移动业务和数据业务的爆发性增长，频率资源和站址资源的日渐紧张，不同网络架构间的干扰日益明显，HetNet组网将成为移动无线网络的长期发展趋势。

1韦泽训.LTE无线组网规划与频率应用分析［J］.移动通信，2013，18:10-14

2刘鸿雁，胡春静，李远.分层异构无线网络的协议架构和关键技术［J］.电信科学，2013，06:17-24

3胡国杰.HetNet:未来网络的必由之路［J］.网络电信，2013，05:16-18

4吴梅，黄帆，桑林，杨大成.协作式多点传输在LTEAdvanced系统中的应用［J］.移动通信，2010，10:43-47

5汤全武，李波.基于LTE-A的异构网络协作成本资源管理方案［J］.计算机工程与设计，2013，06:1906-1911

6曾梦弦，张欣，桑林，杨大成.LTE-A系统异构网络时域小区间干扰协调技术标准化研究［J］.现代电信科技，2013，08:36-41

7徐千，李钢.异构网络和Wi-Fi技术的发展将有效应对海量数据业务［J］.电信科学，2012，09:112-118

8张从武，胡坚波.异构无线网络融合关键问题和发展趋势探讨［J］.信息通信技术，2012，03:13-17

9陈晓冬，吴锦莲，王庆扬.LTE异构网络技术研究［J］.电信科学，2012，11:13-18

10沈嘉，索士强，全海洋等.3GPP长期演进（LTE）技术原理与系统设计.北京:人民邮电出版社，2009

10.3969/j.issn.1006-6403.2016.09.013

2016-08-22）

近来，随着智能终端的丰富化以及移动互联的高速发展，HetNet组网因其可以满足不同热点区域的覆盖需求、有效提高无线网络的频谱效率、大幅提升链路质量和系统容量等优点，而成为当今研究的热点和重点。文章详细分析了HetNet组网的关键技术，提出了组网规划设计的有效方法，以期让更多人对HetNet组网有更清晰的认识。