多流匯聚：未來(lái)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)的關(guān)鍵技術(shù)

　　隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的不斷發(fā)展，多流匯聚（MSA，Multiple Stream Aggregation）通過(guò)采用多制式、多載波和多層網(wǎng)絡(luò )的深度融合，可以帶來(lái)500％的邊緣吞吐量提升，真正實(shí)現無(wú)邊界網(wǎng)絡(luò )的理念，使用戶(hù)無(wú)論處于網(wǎng)絡(luò )的任何位置，都能夠享受到高速穩定的數據接入服務(wù)，它將成為未來(lái)網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)的關(guān)鍵技術(shù)。

　　智能終端的普及以及移動(dòng)寬帶的迅猛發(fā)展，使移動(dòng)數據業(yè)務(wù)呈現爆發(fā)式增長(cháng)。業(yè)界預計，未來(lái)十年，全球移動(dòng)數據業(yè)務(wù)量將以指數級增長(cháng)，這將給當前網(wǎng)絡(luò )帶來(lái)前所未有的巨大沖擊。

　　當前網(wǎng)絡(luò )所面臨的挑戰

　　當前網(wǎng)絡(luò )通常采用單層網(wǎng)絡(luò )部署，即：不同的無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)（RAT，Radio Access Technology），如GSM、UMTS、LTE和Wi-Fi等，分別進(jìn)行獨立部署和管理，且通過(guò)不同的核心網(wǎng)設備接入網(wǎng)絡(luò )。用戶(hù)在同一時(shí)刻只能與一種RAT中的單個(gè)節點(diǎn)進(jìn)行數據傳輸，從而導致無(wú)線(xiàn)資源利用不充分，網(wǎng)絡(luò )基礎設施重復投資，網(wǎng)絡(luò )容量無(wú)法進(jìn)一步提升等問(wèn)題。

　　雖然HetNet是目前用于提升網(wǎng)絡(luò )容量的一種典型應用場(chǎng)景，可是隨著(zhù)小站個(gè)數的逐漸增多，未來(lái)將出現越來(lái)越多的“小區邊緣”，使得頻繁切換、切換失敗率增加以及邊緣用戶(hù)的吞吐量降低等現象越來(lái)越突出，這些都對用戶(hù)體驗有所影響。因此，移動(dòng)性、干擾、資源利用率等問(wèn)題是當前網(wǎng)絡(luò )所面臨的主要挑戰。

　　移動(dòng)性

　　隨著(zhù)HetNet的密集部署，小站的個(gè)數逐漸增多，頻繁切換以及乒乓切換等現象將不斷涌現。一般情況下，由于小站天線(xiàn)的部署位置較低，導致小站和宏站的信號傳播特性有所不同。隨著(zhù)距離的增加，宏站信號的衰減比較緩慢。小站部署后，雖然小站附近的信號強度明顯提升，但是隨著(zhù)離小站距離的增加，信號會(huì )出現快速的衰減現象，嚴重時(shí)還將導致用戶(hù)掉話(huà)。

　　簡(jiǎn)言之，由于小站信道的快衰特性，以及引入小站所帶來(lái)的干擾等因素，使得HetNet場(chǎng)景下的切換失敗率普遍高于傳統同構（僅部署宏站）場(chǎng)景下的切換失敗率，尤其以用戶(hù)從小站切換到宏站時(shí)更為明顯。

　　干擾如果小站部署在宏站的覆蓋范圍之內，因為受到宏站的同頻干擾，所以小站的覆蓋范圍會(huì )出現明顯的收縮現象，即：小站越靠近宏站，其覆蓋范圍越小。例如，小站如果部署在宏站的邊緣，其覆蓋范圍可以達到100m以上；而小站如果部署在宏站的中心，則其覆蓋范圍僅可以達到幾十米甚至十幾米。此外，因為同頻干擾的存在，也會(huì )使得用戶(hù)的吞吐量明顯下降。

　　資源利用率

　　一般而言，在不同的時(shí)間和地理位置，宏站和小站之間總是存在不同業(yè)務(wù)需求的差異。在傳統HetNet場(chǎng)景下，不同站點(diǎn)之間無(wú)法進(jìn)行資源共享，從而導致資源利用不充分，不同站點(diǎn)下的用戶(hù)體驗也有所不同。

　　宏站因為其覆蓋范圍大，能夠吸附更多的用戶(hù)，因此，一般而言宏站的負載可能較重，這將導致宏站內用戶(hù)的吞吐量較低，尤其是宏站的邊緣用戶(hù)，因為距離宏站較遠，同時(shí)又受到同頻小站的干擾，其用戶(hù)吞吐量就更低。而對小站而言，因為受到覆蓋范圍的約束，導致其吸附的用戶(hù)個(gè)數不多，負載較輕，所以小站內用戶(hù)的吞吐量較高。因此，宏站和小站下的用戶(hù)感受明顯不一致。

　　未來(lái)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)的關(guān)鍵技術(shù)——MSA

　　隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的不斷發(fā)展，MSA通過(guò)采用多制式、多載波和多層網(wǎng)絡(luò )的深度融合，可以較好地解決當前網(wǎng)絡(luò )所面臨的移動(dòng)性支持待提升、干擾問(wèn)題突出和資源利用率不高等問(wèn)題，從而極大地提升邊緣吞吐量，真正實(shí)現無(wú)邊界網(wǎng)絡(luò )的理念。

　　未來(lái)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通過(guò)采用網(wǎng)絡(luò )分層和MSA的完美結合，可以使用戶(hù)無(wú)論處于網(wǎng)絡(luò )的任何位置，都能夠享受到高速穩定的數據接入服務(wù)，實(shí)現超寬帶、零等待和無(wú)處不在的連接，從而帶來(lái)高速、高質(zhì)量以及簡(jiǎn)單自由分享的業(yè)務(wù)體驗。其中，網(wǎng)絡(luò )分層是指多層的網(wǎng)絡(luò )架構，包括Host Layer和Boosting Layer，如圖1所示。Host Layer主要用于確保網(wǎng)絡(luò )覆蓋，通過(guò)建立Host link來(lái)為用戶(hù)提供信令和數據的傳輸，提供無(wú)處不在的連接，保證可靠的基本用戶(hù)體驗；Boosting Layer主要用于提升網(wǎng)絡(luò )容量，通過(guò)建立Boosting link來(lái)為用戶(hù)提供數據的傳輸，達到最佳的用戶(hù)體驗。而MSA是有機聚合Host Layer和Boosting Layer的關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)多個(gè)節點(diǎn)為用戶(hù)提供多流匯聚，進(jìn)一步提升了用戶(hù)感受和網(wǎng)絡(luò )容量，該技術(shù)已經(jīng)被業(yè)界廣泛認可，并從3GPP R10版本開(kāi)始逐步被支持，成為當前標準討論的熱點(diǎn)。

　　RAN側的網(wǎng)絡(luò )實(shí)體，如BBU pool或者SRC（Single Radio Controller），可作為MSA的集中控制節點(diǎn)，執行統一的控制功能，從而更好地實(shí)現網(wǎng)絡(luò )分層、數據分流以及協(xié)調調度等。

　　Host Layer：保證可靠的基本用戶(hù)體驗

　　Host Layer能夠有效地解決當前網(wǎng)絡(luò )所面臨的移動(dòng)性和干擾問(wèn)題。

　　在同頻場(chǎng)景下，Host Layer可采用相同小區ID的網(wǎng)絡(luò )部署方式，通過(guò)不同節點(diǎn)使用相同的物理小區標識（PCI，Physical Cell Identifier），從而避免同頻切換；在異頻場(chǎng)景下，例如多載波或者多制式場(chǎng)景，Host Layer可使用戶(hù)總是附著(zhù)在宏站上，即：無(wú)論用戶(hù)在宏站覆蓋范圍內如何移動(dòng)，始終保持用戶(hù)和宏站之間的Host link存在，從而避免異頻切換。

　　網(wǎng)絡(luò )分層后，干擾進(jìn)一步可分為層內干擾和層間干擾。協(xié)調調度可用于解決層內干擾，例如：針對干擾敏感用戶(hù)，Host Layer可以通過(guò)協(xié)調鄰區的調度，降低其所受干擾。時(shí)頻資源分離可用于解決層間干擾，例如：預留一部分時(shí)頻資源在Host Layer的不同節點(diǎn)間進(jìn)行SFN（Single Frequency Network）傳輸，以達到最佳的覆蓋，而其他的時(shí)頻資源在節點(diǎn)間進(jìn)行空間復用，以達到最佳的效率。換言之，不同層之間通過(guò)保證資源的相互獨立，從而降低層間干擾。

　　Host Layer通過(guò)避免切換，保證了用戶(hù)業(yè)務(wù)的連續性；通過(guò)降低干擾，提升了用戶(hù)的吞吐量，從而保證了可靠的基本用戶(hù)體驗。

　　Boosting Layer：提供最佳的用戶(hù)體驗

　　MSA是有機聚合Host Layer和Boosting Layer的關(guān)鍵技術(shù)，針對不同的應用場(chǎng)景又進(jìn)一步包括：Intra-frequency MSA、Inter-frequency MSA和Inter-RAT MSA.

　　Intra-frequency MSA：利用多個(gè)同頻節點(diǎn)為用戶(hù)提供多流匯聚

　　在傳統HetNet場(chǎng)景下，用戶(hù)僅能與其單個(gè)附著(zhù)節點(diǎn)進(jìn)行數據的傳輸，系統資源無(wú)法得到充分利用。而未來(lái)網(wǎng)絡(luò )可通過(guò)采用Intra-frequency MSA技術(shù)，使得用戶(hù)可以動(dòng)態(tài)地實(shí)現與一個(gè)或者多個(gè)最佳節點(diǎn)進(jìn)行數據傳輸，完成同頻節點(diǎn)間的多流匯聚，達到最佳的用戶(hù)體驗。同頻MSA中，數據傳輸節點(diǎn)對用戶(hù)而言是透明的，即使是在不同小區ID的場(chǎng)景下，也不需要信令的開(kāi)銷(xiāo)，從而最大化利用系統資源，更好地解決當前網(wǎng)絡(luò )存在的資源利用不充分問(wèn)題，實(shí)現用戶(hù)體驗的一致性。

　　此外，Intra-frequency MSA還采用了一些先進(jìn)的算法，可帶來(lái)200％的邊緣吞吐量提升，包括：CS-PC（Coordination Scheduling Power Control），通過(guò)協(xié)調調度功率控制來(lái)實(shí)現干擾管理；CLB（Coordination Load Balance），通過(guò)自適應協(xié)調負載均衡提升頻譜效率；CoMP（Coordinated Multi-Point），基于實(shí)時(shí)的信道變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)節點(diǎn)選擇或者聯(lián)合傳輸，從而實(shí)現業(yè)務(wù)的負載均衡等。

　　Inter-frequency MSA：利用多個(gè)異頻節點(diǎn)為用戶(hù)提供多流匯聚

　　在傳統HetNet場(chǎng)景下，當用戶(hù)在宏站和小站之間移動(dòng)過(guò)程中，異頻切換將被觸發(fā)，可能影響用戶(hù)的體驗。而未來(lái)網(wǎng)絡(luò )可通過(guò)采用Inter-frequency MSA技術(shù)，使得用戶(hù)總是附著(zhù)在宏站上，即：始終保持用戶(hù)和宏站之間存在Host link，并動(dòng)態(tài)選擇最佳小站，通過(guò)用戶(hù)和最佳小站之間的Boosting link來(lái)對宏站進(jìn)行數據分流。對用戶(hù)而言，形成了不同載波間的多流匯聚，進(jìn)一步提升了用戶(hù)感受和網(wǎng)絡(luò )容量。

　　根據宏站和小站之間backhaul link的時(shí)延特性，Inter-frequency MSA又分為兩種場(chǎng)景：理想backhaul和非理想backhaul.理想backhaul指的是宏站和小站之間backhaul link的傳輸時(shí)延可以忽略不計，非理想backhaul指的是宏站和小站之間backhaul link的傳輸時(shí)延不可忽略。值得一提的是，非理想backhaul場(chǎng)景下將不同節點(diǎn)不同載波上的數據流進(jìn)行靈活的匯聚，是3GPP Rel-12標準的核心熱點(diǎn)之一，受到業(yè)界的廣泛關(guān)注。

　　Inter-RAT MSA：利用多個(gè)不同制式的節點(diǎn)為用戶(hù)提供多流匯聚

　　異制式的多流匯聚（Inter-RAT MSA）是實(shí)現不同制式融合方案的關(guān)鍵技術(shù)。其中，Host Layer可以是UMTS或者LTE，Boosting Layer可以是LTE或者Wi-Fi.

　　以L(fǎng)TE和Wi-Fi融合場(chǎng)景為例。LTE作為Host Layer，用于提供覆蓋，保持用戶(hù)和宏站之間的Host link始終存在，保證可靠的基本用戶(hù)連接；Wi-Fi作為Boosting Layer，用于容量提升，通過(guò)用戶(hù)和Wi-Fi之間的Boosting link提升傳輸速率，達到最佳的用戶(hù)體驗。

　　在網(wǎng)絡(luò )部署時(shí)，大多數數據業(yè)務(wù)的下行業(yè)務(wù)量遠超過(guò)上行，然而蜂窩網(wǎng)絡(luò )的傳輸資源基本上是上下行對稱(chēng)的，所以蜂窩網(wǎng)絡(luò )的下行數據傳輸更急需增強。此外，由于Wi-Fi網(wǎng)絡(luò )的上行存在更為嚴重的接入沖突、隱藏終端以及QoS等問(wèn)題，并且這些問(wèn)題會(huì )隨著(zhù)用戶(hù)數目的增加而急劇惡化?；谏鲜隹紤]，華為認為，最高效的傳輸方案是將Wi-Fi主要用于下行數據傳輸，即：根據信道、網(wǎng)絡(luò )負載和干擾狀況等因素，通過(guò)在RAN側新定義的控制實(shí)體SRC，靈活地將蜂窩的Host link上的下行數據分流到Wi-Fi的Boosting link上，從而使得用戶(hù)的峰值體驗成倍提升，同時(shí)也可以極大地提升網(wǎng)絡(luò )容量。

　　目前，基于上述方案和技術(shù)，華為已經(jīng)利用現有的產(chǎn)品平臺實(shí)現了MSA技術(shù)，并在外場(chǎng)成功地驗證了網(wǎng)絡(luò )分層和MSA技術(shù)融合所帶來(lái)的用戶(hù)體驗提升，真正實(shí)現了未來(lái)無(wú)邊界網(wǎng)絡(luò )的理念。

　　圖1 未來(lái)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中網(wǎng)絡(luò )分層和MSA的融合