LTE小小區技術需求背景 | 帶你讀《5G UDN（超密集網絡）技術詳解》之八

1.4　3GPP标準化九大原則

第 2 章 LTE 微蜂窩和小小區技術

微網誌、微信、微視訊、微創新……全球諸多領域都已進入到所謂 的“微時代”。4G LTE 對應着智能終端和移動業務應用迅猛發 展的大時代，而 LTE 微蜂窩和小小區技術在此背景下，應運而生，這 為之後 5G 更強的微蜂窩和小小區技術奠定和積累了重要的發展基礎 和經驗。

| 2.1　LTE小小區技術需求背景|

約 2007 年之後，随着以“iPhone”為代表的各種智能終端 / 物聯網終端， 以及各式各樣的網際網路資料業務應用的不斷拓展、普及和深入，在過去 10 年 中，蜂窩移動業務資料量經曆了爆炸式的瘋狂增長，堪稱“數字洪水猛獸”。目 前業界普遍認為，随着未來諸如超高清視訊、大型雲端遊戲、虛拟現實（VR， Virtual Reality）、增強現實（AR，Augmented Reality）、人工智能（AI， Artificial Intelligence）、無人交通系統、行業機器人等新蜂窩業務應用的普及 和不斷深入，未來，蜂窩業務資料量仍将至少以指數的方式呈爆炸式增長，在一些熱點地區，資料流量甚至将超過 1 000 倍。是以營運商們在 5G 蜂窩市場 所面臨的最關鍵的挑戰是，如何以可接受的低成本方式，保證網絡系統容量和 性能都能快速同步地跟上增長，以适應未來各種來勢洶洶的新興蜂窩業務應用。

蜂窩移動通信技術發展的曆史表明：小區分裂（多扇區和小小區化）、更多的頻譜載波帶寬資源、更高的無線頻譜效率，這是蜂窩系統容量和網絡關鍵性能提升的三大主要方面，但這三大方面所涉及的技術研發和工程代價成本也是 不同的。今日 LTE 異構微蜂窩技術或者 LTE UDN 部署，就是按照“增強上 述三個主要方面”的基本思路來發展演進的，未來 5G UDN 也是按照相同的思 路來發展演進的，進一步地，5G UDN 還可以參考、借鑒 LTE UDN 的技術經驗。

5G UDN 部署和其相關技術的本質核心可用 4 個詞來高度抽象概括：基站 小型化、小區密集化、節點多元化和高度協作化。其中，基站小型化主要指基站變得更“瘦”、更輕量化，發射功率更小，服務半徑小小區化；小區密集化主 要指在空間域和頻域有更多的小區資源能被協同或聚合利用；節點多元化主要 指部署中存在多種不同 RAT 制式和類型功能的無線節點；高度協作化包含同 構同RAT制式小區間的緊密協作化，以及異構異RAT制式小區間的緊密協作化。

随着 LTE“小小區”（Small Cell）技術的發展，低功率節點（LPN，Low Power Node）被靈活廣泛地部署在 LTE 宏小區（Macro Cell）無線覆寫重 疊區域之内，可以是同頻或者異頻方式的部署，形成特定的 LTE 異構微蜂窩。 LPN 提供給終端最近的無線接入節點，拉近了基站與終端間的通信距離，把無 線信号和幹擾盡量限制在很小的空間範圍内，盡量使 UE 的資料傳輸建立在“無 線鍊路短徑”之上。是以 LPN 和 UE 的發射功率都會大大降低（20MHz 工作 帶寬的典型值是 24dBm），甚至變得非常接近，上下行無線鍊路的互易性增強， 信道屬性差别也越來越小。LTE-A 網絡從早期的小小區“稀疏式”部署，到 後期相對“密集式”的部署，小小區方式極大地增強了 LTE 宏網絡的系統容量 和無線覆寫的深度，分擔了宏小區的資料業務承載傳輸的壓力，但由于密集的 LTE 小小區之間，存在不同程度的“空時頻域次元”的重疊區域，彼此會造成 無線幹擾和性能抑制，是以必然帶來了一系列技術解決方案。

在 3GPP LTE-A 中後期的多個版本中，陸續引入了一系列針對 LTE Small Cell 的增強技術，從網絡高層到空口實體層，以應對和解決 LTE Small Cell 在高密度部署下所産生的問題，這些問題對于 5G UDN 基本同樣适用， 是以 LTE 相關方案的原理思路，後續可能也會盡可能地重用。可以預見， 5G UDN 意味着 5G Small Cel（l 它可以包含 NR gNB、E-UTRA ng-eNB、 WLAN AP、扮演 RN 角色的“超級 UE/IAB Node”等不同類型的小基站）将 會以更高的部署密度、更複雜的異構組合方式，被聯合部署，并且高度協同在 一起使用，是以原本相對單純的 LTE Small Cell 所面臨的挑戰将被進一步豐富， 系統技術挑戰将會變得更為錯綜複雜。

5G UDN 技術廣義上泛指：圍繞着高密集 5G Small Cell 部署使用而産生 的一系列增強技術的集合，它可以涵蓋從網絡架構到無線基站形态，到空口高 層，再到空口實體層、射頻 RF 等方面的技術。在今日和未來的 LTE UDN 網 絡中，盡管 LTE LPN 的部署密度還可能進一步提高，單個 LPN 節點的無線覆 蓋範圍将進一步縮小（甚至隻有幾米，接近家庭基站 HeNB 的水準，每個 LPN 可能隻服務若幹個移動或準靜止的使用者），但由于 LTE UDN 僅僅部署在低頻段， 目前暫時不支援波束賦形等先進技術，是以無法實作空間域信号的幹擾隔離和空 間域無線資源的最大化利用。是以，LTE UDN 相比能部署在中高頻段的純 5G NR UDN，其有天然的系統部署密度瓶頸。5G UDN 除了充分地利用了 LPN、波束賦形等技術之外，還引入了許多其他 5G 先進技術，使 5G UDN 系統更加地 和各個協定層面完美結合，上下渾然一體，将在後面的章節詳細地介紹。

5G UDN 中除了 5G LPN 節點數量的大大增加以外，LPN 節點制式和種類 趨多也是 5G UDN 發展的一個重要特點。如前面所述，5G UDN 網絡可由部署、 工作在不同頻段（比如，900 MHz、2 GHz、3.5 GHz、5 GHz、26 GHz、 60 GHz 等），使用不同類型的無線頻譜資源（比如，授權專有載波、授權共享 載波、非授權載波）和采用不同 RAT 制式（比如，eLTE、WLAN、NR）的 各種 LPN 節點所組成。此外值得注意的是，随着 LPN 節點越來越小，乃至接 近終端的尺寸大小，同時伴随着終端裝置直通技術（D2D，Device to Device） 和 無 線 自 回 程 技 術（WiReless Self-Backhaul）。 如，IAB，Intergrated Access Backhaul 的進一步發展、應用，某些超級終端本身也可以像 RN 節點 那樣，充當網絡 LPN 節點，甚至像小基站一樣去服務其他正常終端。是以，這 些超級終端具備傳統基站和終端功能二義性的特點，在未來還可扮演 Mobile RN 節點的功能。LTE-A Rel-10 RN 中繼功能和今日 LTE 智能手機普遍使用的 Wi-Fi 熱點功能，其實就是一種早期的應用雛形。這種由營運商悉心部署的網絡 節點和随機散布式的終端而組成的異構 UDN 系統，也是蜂窩業界未來的研究熱 點之一（類似早年的 Ad hoc 網絡），它已突破了傳統蜂窩移動組網、營運模式。

在 5G UDN 一系列技術的支援下，網絡中的終端類型也可變得更加多元化 和密集化，比如，機器類通信業務（MTC，Machine Type Communication） 背後所帶來的各種物聯網終端，諸如，工業智能流水線、智能家居、無人駕駛車、 無人機、共享單車、各種可穿戴式裝置、各行各業的仿真機器人的普及和流行 應用，等等，都将會導緻更複雜的 5G UDN 網絡運作和業務應用環境。對于“飛 行類終端”（例如，針對 Aerial Vehicles 的飛行線路控制），和“未來超級機 器人”（例如，對資料流量的消耗是普通人類感官的百千倍，對 QoS 參數的要 求比普通人類感官更苛刻敏感），它們在移動 / 通信行為 / 安全方式等方面，和 今天普通人類的大有不同，需要做進一步的優化增強。總而言之，5G UDN 比 LTE UDN 更加錯綜複雜，相關技術内容也更加豐富且先進。

2.2　LTE小小區技術發展曆史