第 2 章 LTE 微蜂窝和小小区技术

2.1　LTE小小区技术需求背景

| 2.2　LTE小小区技术发展历史|

LTE 小小区的出现是蜂窝市场驱动的必然结果。LTE 早期版本 Rel-8/9 主要关注在同构宏小区的基本功能和服务性能问题。同构宏蜂窝以 LTE 宏小区为中心，为不同的用户分配调度无线资源，提供数据无线承载服务。由于 LTE 系统不能支持类似 UMTS 系统中的软切换技术，因此 LTE 宏小区边缘与小区 中心的性能供给差异会很大（典型值可达 4 ～ 5 倍）。终端 UE 在宏小区边缘的 数据平均吞吐率偏低，无线链路更容易失败（RLF，Radio Link Failure），用 户通信体验常常达不到 4G 的真实水平。在 LTE 早期版本阶段，宏小区边缘 主要通过无线干扰随机化、发射功率控制以及基于频域的（ICIC，Inter Cell Interference Coordination）技术来解决同频部署的相邻宏小区之间的干扰问题。
在 LTE-A Rel-10/11 阶段，LTE 网络中开始出现 LTE 小小区，但部署 的密度并不高，且分布不连续。由于 LPN 发射功率偏小，相邻 LTE 小小区之 间的干扰并不严重，但它们对同频部署的宏小区的干扰情况，却要比同构宏蜂 窝中相邻的宏小区之间更为复杂，因为此时不仅仅涉及宏小区的边缘，还可能 涉及中心地带。为了提高频谱利用率，LTE 网络的频率复用因子通常为 1，即 LTE 小小区常部署、工作在和宏小区相同的频点载波上，以尽量地实现空分 复用（注：宏基站 eNB 的发射功率要远远高于同频 LPN 的节点的发射功率）。 由于 LPN 通常会使用切换偏移值（Handover Offset/Bias）来扩大小小区的 实际服务范围（CRE，Cell Range Expansion），参考图 2-1，以此可以扩大 LTE 小小区对宏小区内数据流量的分流卸载增益（终端即使在很好的宏小区覆 盖内，也容易切换进入到 LTE 小小区内）。尽管在 LTE 小小区的边缘位置，宏 小区的参考信号强度要高于小小区的，但终端仍会被硬切换到 LTE 小小区内， 以尽量对宏小区进行分流卸载，此时宏基站下行参考信号将对 LTE 小小区边缘 的用户产生较严重的干扰（如图 2-1 所示），可能直接导致终端的数据传输效 率降低甚至链路失败掉话。
在上述 LTE 宏微小区同频异构部署的条件下，基于频域的 ICIC 技术，已 不能很好地解决异构网络中同频无线干扰问题，尤其是对于时频资源块 PRB 位 置本身固定的同步信号（PSS/SSS）、广播信道（PBCH）、小区专有参考信号 （CRS）、物理控制信道（PDCCH/PCFICH/PHICH），基于频域的 ICIC 技术无 法高效解决宏基站 eNB 对 LPN 节点小小区产生的强干扰，因此难以充分发挥 出同频 LTE 小小区的分流增益。因此，LTE-A Rel-10/11 分别进一步引入了 基于时域的小区间增强干扰协作技术（eICIC，Enhanced ICIC）和（FeICIC， Further enhanced ICIC），这使得 LTE 宏小区和小小区同频部署变得更加有 效。注：在 5G NR 系统内，相邻同频宏小区和小小区之间的干扰协作抑制，至 少在低频段，也是一个关键的技术问题；但在 NR 中高频段，由于 5G NR 普遍 采取了多天线波束赋形技术，可极大抑制干扰信号的空间发散，因此 NR 中高 频段上相邻的同频宏小小区之间可能不需要采用 eICIC。

LTE-A Rel-10 除了引入强化异构小区间的干扰协调机制，还引入了服务 小区间的载波聚合（CA）技术，并且后续连续多个版本都有 eCA 技术的增强。 LTE-A Rel-11 还引入了物理层协作多点发收技术，以进一步解决同频异构网 中的无线干扰和移动性性能问题。LTE-A Rel-12 引入了基站节点之间的双连 接技术（DC，Dual Connectivity），实现了异站间不同服务小区之间的载波聚 合。LTE-A Rel-13 又进一步引入了授权载波锚点辅助的非授权载波聚合技术 （LAA，Licensed Assisted Access）和 LTE WLAN 服务小区之间的载波资 源聚合技术（LWA，LTE WLAN Aggregation），LAA 和 LWA 在 LTE-A 后续多个版本也有进一步的技术增强。
LTE-A Rel-12 DC 技术可以支持上下行的 SCG 承载和下行的 MCG Split 承载两种 DRB 类型的数据分流，可支持最基本的 DC 流程操作，如 SeNB 建立、 修改、删除和 SeNB 切换改变等。LTE-A Rel-13 eDC 技术进一步支持上行 的 MCG Split 承载数据分流，以及一些增强的 DC 流程操作，如主节点 MeNB 移动切换中保持源 SeNB 不变，或者 MeNB 切换后直接进入到 DC 双连接模式。 LTE-A Rel-13 eDC 还能支持宏基站 MeNB 和辅 HeNB、Shared eNB 之间 的 DC 操作。在后面章节的 5G MR-DC 技术介绍中，读者会发现 5G MR-DC 相比 4G LTE-A DC，能支持更多的 DRB 类型和更复杂的流程操作，以更好地 服务于 5G UDN 部署的目的。
LTE-A Rel-13 LAA 技术，主要解决了和目标非授权载波上其他 RAT 竞 争系统之间的公平性共存问题。比如，在 5GHz 非授权频段内某非授权载波上， 过去可能只有 WLAN AP 在独立地部署、工作和使用相关资源，当具有 LAA 功能的 eNB 部署、引入后，必定需要和 AP 节点进行载波时频资源的竞争，通 常采取“谁竞争成功，谁使用的基本原则”。从某种意义上讲，面对具有“后发 技术优势”的强大 LAA 对手，WLAN 类产品的技术地位受到极大的挑战，因 为基于 TTI 子帧粒度精细调度的 LAA 系统，它的平均谱效和数据传输性能， 客观上确实要比“技术简约粗犷”的 WLAN 系统要更加优化，此外，LTE 系 统在无线干扰和功率控制方面也要比 WLAN 系统要精细不少。由于 WLAN 系 统无法实现蜂窝式无缝组网。所以一旦让 LAA 和 WLAN 两大系统在蜂窝组网 和性能层面进行正面的较量，即使 WLAN 有着技术简约且系统硬件成本稍低的 优势，WLAN 类产品后续仍将会面临较大的市场风险。
Rel-13 LAA WID 先 进 行 了 LAA 方 式 下 行 数 据 传 输 操 作 的 标 准 化， Rel-14 eLAA WID 进一步进行了 LAA 上行数据传输操作的标准化，Rel-15 FeLAA WID 又对 LAA 进行了进一步的物理层技术增强，以进一步提升对非授 权载波资源的利用率，这同时为 5G NR 系统未来如何利用好非授权载波资源奠 定了功能和性能的基线。LAA 操作下的非授权载波类型属于 Type3，它不同于 传统 Type1：FDD 和 Type2：TDD 或者载波类型，因为它没有绝对静态固定 的上下行子帧位置，非授权载波上的任何时隙子帧，既可能用于下行数据传输， 又可能用于上行数据传输。
LTE-A Rel-13 LWA WID 立 项 之 前， 在 Rel-12 阶 段， 先 进 行 了 LTE-A 系统和 WLAN 系统之间通过“松耦合的方式”进行联合互操作的标准 化工作，即（LWI，LTE WLAN Interworking），它成为 3GPP 和 IEEE 两 大技术阵营之间争斗的重要版本时间节点。LWI 的技术特征是：LTE-A 基站 eNB 可以通过空口控制面参数，去间接地控制和影响终端对目标 WLAN AP 节点在选网和数据分流方面的行为操作，因此终端可更加合理地去利用好两种 RAT 之间的服务资源。LTE-A Rel-13 先直接进行了 LWA 下行数据传输操 作的标准化，Rel-14 eLWA 进一步进行了 LWA 上行数据传输操作的标准化。 此外，由于 LWA 方案不是基于 IPSec 隧道方式的，且需要 WT 系统中的 AP 节点进行软件升级，且需要支持异站部署情况下的 Xw 新逻辑接口，因此 LWA 操作不能适用于现网中已部署的遗留 AP。为了满足部分运营商也希望聚合利用 遗留 AP 的商业诉求，3GPP Rel-14 同时也进行了 LWIP 和 eLWIP 的标准化工作，它们能适用于现网中已部署的遗留 AP，不需要网络侧 WT 升级。
上述围绕 LTE 小小区相关的各种增强技术，使得运营商们可减少或免除诸如站址选定、频谱资源、容量覆盖成本、基站类型能力选择等方面的条件限制，非常灵活地进行同频或异频的异构微蜂窝方式部署，充分发挥出各网元节点各 自在系统容量、无线覆盖、利用成本、可演进性等方面的技术优势。这些技术 结合在一起使用，从而大大降低运营商们在组网部署方面的条件约束和成本考虑，进一步服务于未来的蜂窝移动业务应用的开展。后面章节中将详细介绍的 5G UDN 中的很多关键技术也基本是以上述 LTE 小小区技术为雏形和基础进一步发展、演变、增强而来的。
2.3　LTE 小小区关键技术