LTE-U组网方案研究
李伟丹
【期刊名称】中国科技信息 【年(卷),期】2015(000)016 【总页数】4
随着移动互联网的蓬勃发展，公众对高带宽无线业务需求的爆发与频谱资源的稀缺矛盾日益尖锐，LTE-U通过实现授权频段和非授权频段的载波聚合，大大提升频谱利用率，满足无线宽带业务容量需求。在未来的万物互联互通及内容丰富共享的驱动下，LTE-U将有更大的发展空间，如何进行有效的LTEU组网，将是一个关键课题。本文重点探讨了LTE-U现有组网方案的优缺点，并提出一种改进的组网方案，从综合评估结果可以看出，本方案较现有技术有明显的优势，能为LTE-U的组网应用提供良好的参考。
随着移动互联网的蓬勃发展，公众对高带宽无线业务需求的爆发与频谱资源的稀缺矛盾日益尖锐，如何有效利用非授权频段成为业界探讨用以克服频谱资源稀缺的热点话题，目前，在3GPP R13版本中，开始探讨在LTE中，采用非授权频段作为授权频段的补充，通过实现授权频段和非授权频段的载波聚合，从而使MBB（Mobile Broadband，移动宽带业务）网络容量倍增，提升频谱利用率，满足无线宽带业务的容量需求。在3GPP R13 Phase1中，提出了LAA（Licensed-Assisted Access，辅助授权接入）的思路，来解决频谱稀缺问题，有效构建MBB网络。LAA的基本思想是，采用授权频段做辅助接入，保证信令及关键数据传输可靠性，而采用非授权频段来保证数据业务带宽需求，最终实现超宽带无线接入体验。
另外，据业内预计，在未来移动网络中将超过70％的移动数据流量发生在室内，超过80％的电话将在室内拨打，而城市人口一天中超过90％的时间在室内活动。可见，室内将成为通信业务发生的最主要场景。因此，如何采用LTE-U有效实现室内覆盖则是当前急需探讨的课题。
本文先就LTE-U现有的室内组网方法进行介绍，分析现有方案的优缺点，针对现有方案存在的不足，探讨改进的空间，最后给出本文的组网方案，并与现有方案做优缺点比对分析，作为LTE-U组网应用的改进参考。
现有方案介绍
目前业界所探讨的LTE-U室内组网方案，主要包括一体化皮站、分布式皮站、混合模式组网方案，下面分别介绍这三种组网方案的原理，并分析其优缺点。 一体化皮站组网方案
方案介绍：如图 1所示，该方案采用多个独立小区进行组网，每个独立小区采用载波聚合的方式，聚合授权与非授权频段，其中授权频段作为PCELL，承载信令及重要数据的传输，非授权频段作为SCELL，作为数据业务速率提升的补充。每个小区独立回传。
方案优点：网络拓扑简单，容易布放；
方案缺点：1、邻区关系及小区参数配置复杂；2、处于空闲状态的终端会出现频繁重选，能耗大，降低终端续航时间；3、小区覆盖范围小，移动体验欠佳；4、无法灵活调整小区边界。 分布式皮站组网方案
方案介绍：如图 2所示，该方案采用CRAN（Cloud Radio Access Network，云无线接入网络）结构，通过拉远，把中射频放在目标覆盖区域，所有IQ回
传到基带单元，统一处理，PCELL由授权频段承载，覆盖整个区域，负责信令、关键数据传输，SCELL由非授权频段承载，覆盖局部区域，负责速率保障。 方案优点：1.驻留该覆盖区内的终端无需频繁重选；2.可以根据业务QOS需求，分别或者并发在两个载波上面开展业务调度，保障QOS及业务速率；3.共基带池使得基带资源便于整合，一定程度上可以提升处理效率，降低存储需求；4.可以灵活调整小区边界。
方案缺点：1.覆盖区域内，邻区关系复杂（SCELL间、SCELL与PCELL间需要配置好邻区关系）；2.前端回传压力大；3.基带处理瓶颈凸显，产品稳定周期长。 混合模式组网方案
方案介绍：如图 3所示，该方案采用分层覆盖，在顶层采用授权频段的独立小区进行覆盖，底层采用非授权频段独立小区进行覆盖，顶层小区负责QOS及移动性要求高的业务，底层小区作为热点覆盖，为速率传输提供保障。
方案优点：1.驻留该覆盖区内的终端无需频繁重选；2.底层采用独立小区组网，回传压力小。
方案缺点：1.邻区关系复杂（底层小区间、底层小区与顶层小区间需要配置邻区关系）；2.无法协同“授权+非授权”频段并发开展业务，一定程度降低体验；3.对于处于数据业务状态的终端，如果驻留在底层小区，难以保证其语音等关键业务的体验；4.无法灵活调整小区边界。
本方案阐述
从第2节的分析可以知道，现有方案主要的问题是难以协调好下述的关键问题：邻区关系复杂、存在频繁重选及切换的问题；前端回传压力大；无法协同“授权+非授权”频段并发开展业务，保障QOS及速率吞吐最佳体验；基带处理压
力大；小区边界调整不灵活。
本文探讨的LTE-U组网方案，正是针对现有技术存在的问题，提出的有效解决方案，该方案邻区关系简单，便于融入现网，便于运营；可以避免频繁重选及切换；前端回传压力小；可以协同“授权+非授权”频段并发开展业务过程，保证QOS及速率吞吐，提升用户体验；对于各个从小区的运算实现分布式调度，降低基带压力；小区边界调整灵活。下面详细介绍本方案的思路。 如图4所示，LTE-U的网络拓扑由RU+EU+PCELL协议处理单元+SCELL协议处理单元组成。整个覆盖区域采用分层覆盖，顶层由PCELL完成覆盖，PCELL由授权频段承载，PCELL协议处理单元作为基站总代理负责与EPC交互、负责基站信令面处理、负责终端初始接入、负责PCELL覆盖区域与其他覆盖区域小区间的切换、SCELL间数据倒换控制、并为高QOS需求的业务提供服务；底层由多个SCELL协同完成覆盖，由非授权频段承载，主要用于满足热点速率需求，SCELL协议处理单元主要根据PCELL投放到该SCELL的PDCP数据包，对归属于本SCELL的终端进行业务调度。SCELL的覆盖边界通过EU的路由设置，可以灵活调整，以适应不同区域对速率的差异化需求，另外，SCELL不允许直接接入。在整个网络拓扑中，RU负责“授权频段+非授权频段”的中射频处理；EU负责RU数据、PDCP数据的路由及传输，实现SCELL覆盖区域的灵活调整，PDCP数据包的倒换。下面分别阐述实现本方案的关键技术，包括协议栈划分、分布式调度、终端定位、控制信道分离、数据倒换这几个方面。 协议栈划分
协议栈的合理划分是实现本方案的基础，从第3节的分析可知，本方案中，PCELL完成基站完整协议栈的处理，协议栈示意如图5所示；SCELL基于
PCELL所投递的位于本SCELL下的PDCP包，实现对相应终端的数据调度，满足热点速率需求，协议栈示意如图6所示，基于本方案的协议栈划分思路，结合终端RU位置归属定位结果，可以有效实现分布式调度，降低前端回传压力，降低基带池处理压力，便于容量扩展。 分布式调度实现
在下行方向：PCELL协议处理单元把信令及关键数据调度到PCELL上面，并根据终端当前位置所隶属SCELL的覆盖区域，把其他数据（信令及关键数据以外的数据）的PDCP包投递到相应的SCELL协议处理单元，由SCELL完成驻留在该覆盖区域内终端的下行数据调度。
在上行方向：SCELL根据PUCCH上接收到的终端调度请求，在SCELL上完成驻留在该覆盖区域内终端的上行数据调度。 终端定位实现
为了实现分布式调度，必须知道终端位于哪个RU下面，才能实现PDCP包的分布式投递，进而实现分布式调度。在现有方案中，即上述第2节提及的三种方案，对于终端位置归属的判定，都是通过邻区测量来获得，这势必造成复杂的邻区关系配置需求，影响方案使用。而本方案，通过在PCELL中对终端的RU位置归属进行定位，实现分布式调度，避免复杂的邻区配置需求。
具体实现方案：由于PCELL采用BBU+RRU架构，实现全区域覆盖，也即各个RU的IQ信号通过叠加后回传给基带单元进行处理，因此，现有技术难以分辨出终端的信号是来源于哪个RU，本方案创新性的提出解决该问题的方法：在终端接入PCELL之后，配置终端在PCELL上进行SRS周期测量，而后，PCELL配置各个RU以SRS测量周期为粒度，进行轮询单独开启SRS信号接
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