small cell 的新认识

shamozhiying199

   Small Cell是一种低发射功率，小范围覆盖的基站设备。Small Cell作为3G/4G宏蜂窝的补充，能够使运营商以更低的代价为用户提供更好的无线宽带语音及数据业务。随着LTE网络容量的不断提升，移动运营商正在为增长的数据流量发愁，很多运营商认为分流移动数据是高效使用无线频谱资源的好办法。Small Cell在这方面正扮演着越来越重要的角色，更多的Small Cell用来覆盖盲区以及分担流量压力。Small Cell具有灵活、快速部署的优点，可以解决热点吸取、盲点、弱覆盖场景的网络覆盖问题，实现网络无处不在。

Small Cell基本概念

    Small Cell是低功率的无线接入节点，工作在授权的频谱，覆盖10~200m的范围，相比之下，宏蜂窝的覆盖范围可以达到数公里。

    Small Cell的产品形态比较灵活，可分为家用Femtocel（2×50mW）、室外Picocell（2×1W，室外补盲/吸热）、室内Picocell（2×125mW，企业级室内覆盖）、Microcell（2×5W，室外补盲），都由运营商来管理。
Small Cell可以用于室内和室外，进行覆盖补盲、热点业务吸取、提升网络容量。Small Cell和宏蜂窝的多个层面组成了HetNet异构网络，通过宏微协同技术以及抗干扰技术的联合使用，网络容量可以实现数倍甚至更高幅度提升，缓解无线网络的容量压力。

Small Cell为LTE带来的改变

    LTE具有大带宽、高速率、低时延的特点，在LTE网络中引入Small Cell可以提升网络容量，优化网络覆盖，为用户提供更好的使用体验。Small Cell为LTE带来的改变主要体现在如下几个方面。

立体覆盖优化

    宏站一般位于楼顶和铁塔等高处，波束覆盖范围大，但因受到建筑物、树木的影响，覆盖效果不均匀，存在大量的盲区。Small Cell体积小易安装，可实现与天线的一体化安装，节省站点成本，缩短施工周期，并实现精确覆盖，可用于街道站、居民区深度覆盖、补盲补热等场景，也可灵活地安装在建筑物外墙表面，在不影响市容的情况下与宏站形成一体化立体覆盖（见图1）。

高容量室内覆盖

    据统计，移动宽带网络的主要业务发生在室内，室内业务占比接近70%，提升室内覆盖的效果是运营商留住用户的关键。

    宏站信号穿透建筑物进入室内会有10dB左右的穿透损耗，室内语音覆盖减弱，而数据业务覆盖的衰弱更加明显。现有的室内覆盖DAS系统只支撑单天线，无法支撑LTE的MIMO多天线技术，其容量受到很大的限制，若要做DAS双向改造，需再增加一套线路，协调物业困难，进场费高昂，工程量巨大，室内分布系统的建设和运行维护都面临诸多限制。而且现有楼宇一般都有多家运营商的DAS系统，增加管线的空间不大，即使可行，也会影响楼宇的内墙面美观，物业和业主都未必同意。在室内覆盖中引入Small Cell产品，因为支撑MIMO，可以提升室内覆盖的容量。Small Cell可以直接部署在办公区内或安装在走廊，通过内置或外接天线对室内区域进行覆盖，传输可使用大楼内的五类线或运营商的DSL或光纤网络，方便灵活。

网络整体容量提升

    Small Cell引入宏网之后，通过多网元之间的协同和管理，引入有效的干扰管理算法和协同机制，在频域、时域、空域三个维度上有效协同，可获得网络整体容量的显著提升。在已经有了比较良好宏站覆盖的前提下，通过部署Small Cell来提供更大的容量和吞吐速率。补热引入可以有效吸取宏站小区中热点区域的业务，减小宏站的业务负荷，增加宏微联合覆盖的小区的整体容量。

节能

    对于终端，由于接收到的Small Cell的信号强度远大于宏站的信号强度，手机可以用相对低的耗电量保持服务，其待机时间增加。结合DRX技术，可以进一步降低终端的功耗。

Small Cell LTE组网面临的问题

邻区管理和切换配置

    Small Cell因部署位置和数量灵活多变，不合理的邻区配置会导致网络复杂，不利于规划，也不利于移动性管理。过多的邻区可能导致过多的切换，影响用户体验，严重消耗终端的能耗，并消耗网络资源。需针对不同场景合理配置邻区数量和切换参数，减少不必要的邻区测量，避免不必要的宏微之间的切换、乒乓切换。

承载

    Small Cell的回程通常采用公共网络，如DSL，但公共网络因同时承载固定宽带用户，其带宽通常难以保证，经常发生拥塞。信令、OAM及交互业务对丢包和时延都要求很高，必须在传输层面保障不同业务的QoS（Quality of Service）。Small Cell回程网的QoS包含用户数平面、管理平面、控制平面和同步等，这些数据对数据速率、报文延时/抖动、丢包率有较高要求。对于VoIP语音，低延迟和抖动是重要的，要有机制保证高优先的实时流（例如在拥塞情况）的端到端的性能要求。

    在有线传输无法获取的情况下可以采用无线传输，但需要考虑Small Cell与无线传输中继节点之间的传播坏境，当具备视距传播条件时，可以使用微波传输，但在密集的都市环境下，可以利用非视距传播技术（例如Relay）来解决传输中继问题。

安全

    Small Cell网络安全维度从网元上分包括设备认证安全、接入安全、传输安全、防攻击；从数据层次上可分为控制平面、用户平面、管理平面。设备认证方面Small Cell与SeGW/HeMS之间必须进行双向认证、完整性及私密性的保护。网管也必须支撑安全传输。

干扰

    Small Cell部署之后的干扰问题包括Small Cell与宏站的相互干扰、相邻Small Cell之间的干扰、宏站终端用户对微站接收的干扰。Small Cell和宏站之间的干扰可以通过异频组网解决，但这适合于运营商频谱资源比较丰富的情况。因为LTE一般都是宏微同频组网，所以对于Small Cell的非补盲场景，需要宏微之间采用干扰协同策略，如ABS（Almost Blank Subframe）等。

    当某宏站用户穿越Closed CSG属性的Smal lCell覆盖区时，因为不能切入Small Cell，所以该用户将受到Small Cell下行信号的较大干扰，同时此用户的上行信号对Smal lCell的上行也会产生干扰，如何减少这种干扰对用户的影响是需要深入研究的课题。

    Small Cell发射功率过大容易对宏网或其他Small Cell设备产生干扰，发射功率过小又不能达到覆盖要求，所以Small Cell需要具备根据干扰情况自动设定和调整自身的发射功率/导频频率的功能。

负荷均衡

    Small Cell容量相对宏站较小，在业务分布不均的情况下难以避免部分Small Cell拥塞，而另一部分Small Cell空闲的情况。如何有效利用Small Cell资源，高效分流网络流量，是业界研究的重点。比如负荷较高的Small Cell可以将部分用户重定向到负荷较低的邻区Small Cell。Small Cell还可通过CRE（Cell Range Exension）小区扩展技术来吸取更多的宏站用户，分流更多的宏站流量

优化和运维挑战

    随着Small Cell引入LTE网络，由于Small Cell部署位置灵活多变，数量庞大，配置参数复杂，在部署、运维、优化方面都存在很大的挑战，对网络的智能化和简单化有前所未有的要求。对SON（Self-Orgnizted Network）自组网的要求十分突出，需要尽量减少网络的人为干预。

LTE Small Cell关键技术

网络整体容量提升eICIC

    通常的无线网络容量提升手段为使用更多的频谱，并通过更新的技术手段来提升频谱效率。但频谱资源是稀缺的，运营商不可能为了提升网络容量不断购买新的频谱，而新的技术手段如4×4 MIMO、载波聚合又会增加系统设备的成本和复杂度并带来更高的能耗，对现网的终端也有很大的限制，只有部分最新的终端才能支撑这些新的技术。而Small Cell相对上述方法来说，是性价比和终端兼容性都非常好的手段，通过引入Small Cell来提升频谱和覆盖的空间效率，可以带来数倍至数十倍的容量增益，极大程度上扩展系统的容量。

    引入Small Cell提升网络整体容量的关键是做好干扰管理和宏微协同，所以根据不同的干扰强度和干扰场景有效控制Small Cell的发射功率和宏微之间调度资源的协同工作成为研究热点。eICIC是在ICIC的频域和功率控制的基础上增加了对时间维度的划分，使得不同小区的信号在时域上针对某些用户是正交的。相比ICIC技术，eICIC不但可以降低业务信道间的干扰，也能降低控制信道间的干扰。

    ABS是eICIC的关键技术。在已有宏站覆盖的覆盖场景，若引入Small Cell对业务热点进行吸热，宏站对Small Cell干扰较强，导致Small Cell的小区平均吞吐量和频谱效率下降，为了改善这种影响，3GPP定义了ABS（Almost Blank Subframe）技术。即在ABS子帧内，控制信号和数据信号不被发送，仅传输参考信号和PSS/SSS、PBCH、SIB等必要的信号，且功率很低，宏站和微站根据各自用户的被干扰情况选择相应的常规子帧和ABS子帧对用户进行调度，实现宏微之间的干扰协调。

    ABS的配置是通过X2口或者OAM进行传递。对于开放式的Small Cell，通过X2口和宏站交互ABS配置；对于工作在CSG模式的Small Cell，通过OAM对宏站和SmallCell进行ABS配置。

    CRE方式允许用户在接收Small Cell信号功率比较低的情况下接入小区，从而扩大Hetnet异构网中Small Cell的覆盖范围，使Small Cell基站更多地分担网络的负荷。但用户接入Small Cell的功率越低，下行的相对干扰会更大导致更低的信噪比SINR（包括控制信道和业务信道的SINR），会影响用户的体验，所以CRE的控制要慎重，要根据负载和干扰情况综合考虑。

时钟同步

    引入Small Cell后，为了支撑ABS等宏微协同技术，需要宏微之间保持时钟同步。目前常见的技术有GPS、1588 V2、网络侦听NWL（Network Listening）。GPS因为室内信号不好应用起来局限性较大，只适用Small Cell室外场景；1588 V2技术成熟，是优选的时钟同步方案；网络侦听则是一种新兴的技术，是通过侦听周边基站的信号来获取同步，优点是方便灵活，缺点是没有宏站信号后信号微弱的区域无法应用。

SON

    SON是LTE组网的关键技术，目的是实现快速组网，缩短网规时间，简化网络的维护和调整。SON的主要功能有P&P（即插即用）、ANR（自动邻区规划）、MLB（移动负载均衡）、MRO（切换自优化）等。Small Cell网络通过引入Sniffer（网络探测）功能，实现Small Cell主动侦听周边基站的小区信号，获取频点、小区ID、导频强度等信息，作为网络优化的依据，使SON的各项功能更加智能。比如通过Sniffer获取邻区信息后，Small Cell可以结合Sniffer报告和UE的测量报告自动配置邻区，当Sniffer信息发生改变时，也可以对邻区列表进行动态调整。还可以根据Sniffer信息自动调整导频功率和优化切换参数，使得网规网优更加智能。

LTE Small Cell的业务应用

    Small Cell除了提供无线网络服务外，由于成本低、覆盖好、接口丰富，让运营商有能力提供更多新的增值业务。比如定位，Small Cell的覆盖范围较小，所以其定位精度较宏站有很大的提高，特别适合于室内没有GPS信号的基于位置的应用，如大型商场的商铺定位、博物馆导航等。 Small Cell还可作为分布式业务平台进行业务发布，如发布企业广告、商品打折信息。Small Cell还可与家庭网关、企业网关、企业信息机之类的设备集成，成为全新的业务融合平台，真正实现互联网、TV、固定和移动的多重播放平台。

    将来的Small Cell将可以同时支撑3G、LTE和WiFi，建立更加弹性的高速连接，并且可以基于不同的用户类型、服务类型、服务质量要求和网络拥塞情况在不同制式的网络间进行无缝切换，形成一个无边际的Super Net。将来的Small Cell将更加多模、智能、融合，进一步融合物联网、NFC、高清电视盒、视频监控、企业广播平台、家居智能控制，向云化、社交化、人工智能、集成化、自动化发展，成为无所不能的Super Cell。

    中兴通讯LTE Small Cell基于业界领先的SDR平台，通过App配置，实现FDD LTE和TDD LTE的切换；产品系列多样化，可以满足运营商各种场景的部署需求，助运营商轻松应对LTE挑战。