智能网络Small Cell技术发展的设计方案

1  引言

3GPP（The 3rd Generation Partnership Project）目前已经成为全球最重要的移动通信标准化组织之一。3GPP制定的LTE（Long Term Evolution）已经成为目前全球最主流的宽带无线移动通信标准。随着LTE的全球化部署，LTE标准化工作也不断加快。从2012年9月开始，LTE标准演进已经进入R12阶段。相比之前的版本，R12版本面临的主要任务是应对未来全球无线数据业务的爆炸式增长。而small cell（小小区）成为应对这一挑战的最主要的方式。

2  Small cell技术发展趋势、亮点及挑战

Small cell在LTE标准化过程中占据了重要地位，是R-12版本中最重要的标准化方向。随着智能终端的大量应用，根据预测，未来10年无线数据业务将有近1000倍的增长。面对这一巨大挑战，在2012年初到2012年9月间，各公司进行了大量的交流，基本明确了应对这一挑战的几个基本维度：频谱效率提升、频谱扩展、密集部署及数据分流。考虑到无线数据业务发生的不均衡性，即大部分业务将发生在热点及室内，small cell无疑将成为应对无线数据业务增长的最主要方式。3GPP内部经讨论达成高度共识，在R-12针对small cell进行全面增强。

2.1 samll cell技术发展趋势

(1) TDD成为small cell最重要候选技术。Small cell主要关注TDD技术的原因主要有两点，第一，TDD是同步系统，使用连续带宽时，多个载波间无需保护频带。第二，同步系统更有利于基站间干扰管理。这两点使得TDD系统与FDD系统相比，在连续的大带宽、密集部署上有更强的技术优势。根据目前全球频谱分配情况及各运营商提出的主要small cell目标频谱看，预计未来small cell的使用频率更可能为高频段的连续大带宽分配。因此，TDD技术在small cell应用上相对FDD技术有明显的技术优势。

(2) 更大宽带使用成为各公司关注焦点。将比较好的满足未来无线数据业务发展的需求，频谱扩展也是非常重要的维度。对于small cell，未来可用频谱将超过百兆，对如此大带宽的使用，成为各公司研究重点，如动态频点检测和选择。

(3) 密集部署为标准化最重要内容。密集部署是解决未来无线数据业务增长最重要的维度。随着业务量增加，低功率的密集部署是提升单位面积吞吐量的最有效手段。随着small cell部署数量提升，干扰管理和移动性管理将成为最重要的问题。针对这两个问题，small cell物理层专门进行了小区开关和小区发现的增强研究，small cell高层进行了宏基站与small cell的双连接研究。相关研究成果一旦标准化，将对small cell密集部署带来巨大的效率提升。

2.2 small cell亮点

Small cell增强作为R12的重点项目有几个亮点：

(1) 整个项目的开展公认度高，获得3GPP几乎所有参与公司的支持，是R-12最核心的立项；

(2) 核心项目由中国公司主导。Small cell增强作为中国主导的LTE Hi工作一部分，核心的物理层增强由华为和工业和信息化部电信研究院联合牵头立项，极大提高了中国公司在3GPP影响力；

(3) 项目开展的形式与其他项目不同。采用了先在RAN全会层面进行需求研究，再进行小组层面研究项目加标准项目的多阶段方式，且RAN1和RAN2并行进行研究；

(4) 项目持续时间长，贯穿了R12整个阶段；

(5) 对3GPP其他立项影响大。小小区增强的场景被很多并行的研究项目作为重要的研究场景，对后传的假设也被多个项目所采用。同时small cell增强的研究成果也直接输入到其它项目作为重要参考。

2.3 small cell面对挑战

Small cell虽然在3GPP有非常高的关注度和认可度，但是依然面临诸多挑战。这些挑战包括：

(1) WiFi的竞争。WiFi和small cell部署场景主要都是室内，目标都是无线数据业务，而且WiFi工作在非授权频谱，业务发展速度和产品成熟度上占有很大优势。Small cell想要快速发展，必须处理好和WiFi的竞争和合作。

(2) 3GPP内部各个公司就标准化内容不统一。虽然3GPP就small cell增强项目各公司达成一致意见，但是就标准化细节和标准化技术选择各公司争议依然较大，尤其是一些方案的选择上更是如此。small cell增强研究项目结项时间从2013年9月推迟至2013年12月就很好的说明了这一点。如果继续这样拖延，一旦small cell增强相关标准化工作在R-12不能完成，将影响small cell整个产业化进程。

(3) 频率管制的不确定性。现阶段small cell应用主要目标频段为3.5GHz频段，该频段主要为卫星应用频段，一旦该频段进行全球部署，需要处理好和卫星的共存问题。尤其各国如果对该频段采用不同的管制措施，也将对small cell在该段的应用带来很大不确定性。

在R12立项前，针对小小区，中国公司提出了LTE Hi，日本提出了eLA，爱立信提出了Soft Cell等方案，最后经过在RAN层面融合讨论，决定在R12阶段进行小小区增强（Small Cell Enhancements，SCE）立项，专门对小小区相关增强进行研究及标准化工作。


3  small cell标准化进展

整个小小区增强项目在R12分为3个阶段，如图1所示。第一阶段从2012年9—12月，由中国移动牵头，在全会层面进行小小区增强的需求阶段讨论，并形成TR36.932，对小小区典型应用场景、后传、与宏小区关系、频率等关键问题进行了定义。第二阶段从2013年1—9月，分别进行小小区物理层及高层的研究立项。其中，物理层研究在RAN1，由华为和工信部电信研究院牵头开展，主要研究内容包括频谱效率提升和运营效率提升两部分。频谱效率提升内容包括高阶调制（256QAM）、开销减少、跨子帧调度，运营效率提升主要涵盖干扰协调（小小区开闭、动态载波选择、功率控制等）、小区发现、空口同步增强。高层研究主要在RAN2进行，由DoCoMo牵头，主要研究内容为以C/U平面分离为基础的宏基站与小基站的双连接技术。第三阶段从2013年9月至2014年6月R12版本冻结，对小小区增强研究阶段进行的相关研究内容进行相关的标准化立项。

在2013年9月初刚刚进行的RAN#61次全会上，小小区物理层增强研究项目由于部分公司对后续从事的工作项目内容有异议，整个研究项目的工作被推迟3个月到2013年12月。而高层增强部分也由于对标准化方案不能达成一致，到2013年12月再进行后续工作立项。

Small cell作为迎接未来无线通信业务几何级增长的主要技术已经进入标准化阶段。small cell标准化工作对我国主导的TD产业是重大机遇。small cell标准化内容和我国主导的LTE Hi技术有高度一致性，其立项和标准化过程由中国公司主导，极大提升了中国公司在3GPP的影响力。在后续small cell的标准化及产业化过程中，还需要更好应对来自各方面挑战，保证small cell产业顺利发展。

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