5G超密集组网的网络规划技术浅析

康小惠

摘 要：未来第五代移动通信技术（5th-Generation，5G）网络的部署将使用高频段，为了能够保证热点高容量区域的高峰值速率、高流量密度以及用户体验，基站的间距会进一步缩小。因此，在5G热点和大容量区域的规划部署中，将采用宏微异构的超密集组网。

关键词：5G;规划部署;超密集组网

1. 引言

随着5G网络的提出和推进，衍生出了各种各样的新型业务，给人们带来便利的同时，也极大的丰富了人们的生活，提高了生活的质量。

目前产业界就5G网络的总体要求已经达成共识，主要包括更高的数据流量和用户体验速率、海量终端连接以及更低时延、更高可靠性等[1]。为了应对未来5G网络的大数据流量和高用户速率，主要通过提高频率利用率，增加带宽，针对室内外重点区域覆盖考虑小基站集中部署和宏微异构超密集组网。

2. 超密集组网规划原则

2.1.科学性原则

在5G网络规划与设计中，超密集组网的实现要充分体现科学性的原则，充分考虑到5G超密集组网的定位、职能和网络规划设计内容，才能有效保证超密集组网满足5G网络规划设计要求。在科学理论的指导下，遵循科学决策程序，运用科学思维，依靠当代5G技术运行方式和条件，保证5G网络规划设计中超密集组网的科学高效实现。

2.2.实用性原则

为了适应5G网络规划设计涉及到多种多样的行业领域，所包含的信息量极大的现实问题，确保在5G超密集组网的在规划设计中有效应用，充分考虑超密集组网的兼容性，衰减复杂冗余环节对5G超密集组网维护活动的不利影响。因此，提升5G网络规划部署的设计水平和质量，有必要简化超密集组网及相关技术应用的流程，提高5G规划设计中超密集组网的实际心梗，降低实施难度，缩短建设运行周期，保证5G组网规划设计的整体质量。

3. 超密集组网的挑战性

超密集组网随着小小区数量上升，站间距减小，网络拓扑复杂，在一定程度上使网络效能降低，用户接收有用信号的同时来自其他基站的干扰也急剧增加，如果不能妥善处理或抑制这些基站之间的相互干扰，那么，系统容量很难提升。同时，考虑到宏小区与小小区通常共用同一个频段，因此，小小区的用户会受到宏小区信号干扰。可见超密集组网使5G成为一个干扰受限系统，因此有效抑制邻近基站干扰是超密集组网必须面对的严峻挑战。

4. 超密集组网的应对措施

从上面的分析可知，为了有效抑制邻近基站干扰，需要控制基站的覆盖范围、协调宏微小区的配合、协调管理小小区。

4.1.自组织网络实现覆盖与容量最佳化

超密集组网中邻近基站会有不同程度的干扰，故每个基站的发射功率大小、天线波束方向，不仅会决定自身的覆盖范围，还会影响邻近基站或其用户受到干扰的大小。因此如何设定基站的发射功率与天线波束方向，使该基站的吞吐量最大化，减少干扰，也就是说，要达到基站容量和覆盖最佳。

第三代合作伙伴计划（3GPP）提出了自组织网络（SON）技术，旨在完成小小区的部署，以实现覆盖与容量最佳化[1]。其配置过程如下：

1） 首先每个被启动的小小区会将它所在的位置告知自组织网络的中心服务器 （SONServer）。

2） SONServer根据基站覆盖与容量最佳化的原则计算每个被启动的小小区的发射功率和波束方向图。

3） SONServer根据计算结果远端设定每个小小区的发射功率和波束方向图，完成小小区的配置。

超密集组网使得小小区数量极大，自组织网络通过基站覆盖与网络容量最佳化的算法，保证了覆盖，提升了容量，同时也降低了部署的难度。

4.2.小区覆盖扩展和几乎空白子帧技术进行宏微小区间干扰协调

超密集组网使得5G成为一个宏微小区共存的异质网络，宏小区负责广域覆盖，小小区则用来补盲或补忙，可以提升容量，完成深度覆盖，提高吞吐量。不过，在异质网络中面临着两个常见问题：其一用户应该被哪一个基站来服务，使得每一个基站均能提供最佳的服务效率;二是如何抑制干扰。

4.2.1.小区覆盖扩展解决服务基站的选择问题

由于宏微小区发射功率差异大，故在宏微小区同时覆盖的区域中，终端会倾向于选择宏基站，这样限制了微基站的分流效果，为此引入了小区覆盖扩展（Cell Range Expansion， CRE）技术。CRE的工作原理：宏基站设置一个终端接入偏置门限，仅当微基站的信号强度低于宏基站预设的偏置门限，终端接入宏基站，很大程度上扩大了微基站的覆盖范围，通过CRE技术达到分流效果。由于小小区半径小，用户到宏小区的路损大于到微小区的路损，所以用户上行性能相对变好;不过，由于宏基站功率大，如果用户处于小小区边缘，宏基站的干扰可能使用户信噪比变差，下行甚至无法工作。因此，为了获得最大的CRE增益，保证整个网络的覆盖范围和业务性能，有必要结合几乎空白子帧（Almost Blank Subframe， ABS）技术来消除干扰。

4.2.2.几乎空白子帧技术抑制宏小区的干扰

几乎空白子帧的意思是宏小区在传送下行信号的多个子帧中，部分子帧是保持关闭或者安静的状态（几乎空白）。在几乎空白的子帧中，宏小区不会传送数据，只是传送蜂窝网专用识别信號，但依然可以利用非几乎空白子帧（Non-ABS）来传送数据;而小小区不同于宏小区的地方就是，它仍可以选择在几乎空白子帧中传送下行数据，得以减少小小区的用户收到的干扰，达到了提升用户的吞吐量的目的。

此干扰协调技术的步骤如下：

1）提供宏小区中哪些子帧中设置为几乎空白子帧。

2）通过小小区和用户测量数据，获得网络干扰的具体情况。

3）依托于网络干扰的状况以及子帧模式，调整小小区ABS配置。

4）根据网络状态的改变，即时调整ABS配置。

为了减少小小区的干扰，在数据传送过程中，宏小区设置部分子帧作为几乎空白子帧，小小区依托于超密集组网的ABS配置来传送数据，达到降低小小区边缘用户收到信号干扰的目的。同时，除了考虑到边缘用户接收信号质量优化的问题，也要考虑提升整体网络吞吐量的问题，根据整体网络的状况，集中式超密集组网系统服务器可以动态调整ABS的配置。

4.3.MIMO技术与超密集组网

超密集组网系统服务器通过协调多个基站的天线合作，提升基站边缘用户收到的信号质量，提高超密集组网系统的整体有效机能，而我们说的MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）技术即多输入多输出技术，也就是将多输入多输出技术融入协调多基站合作中，也就说密集布署的多基站合成多天线超级大基站，因此MIMO技术已被列为5G的重要发展技术之一。

5. 小结

超密集组网的网络规划作为5G超密集网的一项关键内容，今后还需要对网络规划做更进一步的研究，将超密集组网落实到5G的网络规划和设计中，使其更好的为人们服务。

参考文献

[1]姚美菱，吴蓬勃，张星，孙群中，孙青华.5G超密集组网的必然性和挑战性分析[N].电信快报，2019（1）.

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