多流匯聚：未來無線網(wǎng)絡(luò)演進的關(guān)鍵技術(shù)

　　隨著無線網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，多流匯聚（MSA，Multiple Stream Aggregation）通過采用多制式、多載波和多層網(wǎng)絡(luò)的深度融合，可以帶來500％的邊緣吞吐量提升，真正實現(xiàn)無邊界網(wǎng)絡(luò)的理念，使用戶無論處于網(wǎng)絡(luò)的任何位置，都能夠享受到高速穩(wěn)定的數(shù)據(jù)接入服務(wù)，它將成為未來網(wǎng)絡(luò)演進的關(guān)鍵技術(shù)。

　　智能終端的普及以及移動寬帶的迅猛發(fā)展，使移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。業(yè)界預(yù)計，未來十年，全球移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量將以指數(shù)級增長，這將給當前網(wǎng)絡(luò)帶來前所未有的巨大沖擊。

　　當前網(wǎng)絡(luò)所面臨的挑戰(zhàn)

　　當前網(wǎng)絡(luò)通常采用單層網(wǎng)絡(luò)部署，即：不同的無線接入技術(shù)（RAT，Radio Access Technology），如GSM、UMTS、LTE和Wi-Fi等，分別進行獨立部署和管理，且通過不同的核心網(wǎng)設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)。用戶在同一時刻只能與一種RAT中的單個節(jié)點進行數(shù)據(jù)傳輸，從而導(dǎo)致無線資源利用不充分，網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施重復(fù)投資，網(wǎng)絡(luò)容量無法進一步提升等問題。

　　雖然HetNet是目前用于提升網(wǎng)絡(luò)容量的一種典型應(yīng)用場景，可是隨著小站個數(shù)的逐漸增多，未來將出現(xiàn)越來越多的“小區(qū)邊緣”，使得頻繁切換、切換失敗率增加以及邊緣用戶的吞吐量降低等現(xiàn)象越來越突出，這些都對用戶體驗有所影響。因此，移動性、干擾、資源利用率等問題是當前網(wǎng)絡(luò)所面臨的主要挑戰(zhàn)。

　　移動性

　　隨著HetNet的密集部署，小站的個數(shù)逐漸增多，頻繁切換以及乒乓切換等現(xiàn)象將不斷涌現(xiàn)。一般情況下，由于小站天線的部署位置較低，導(dǎo)致小站和宏站的信號傳播特性有所不同。隨著距離的增加，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，但是隨著離小站距離的增加，信號會出現(xiàn)快速的衰減現(xiàn)象，嚴重時還將導(dǎo)致用戶掉話。

　　簡言之，由于小站信道的快衰特性，以及引入小站所帶來的干擾等因素，使得HetNet場景下的切換失敗率普遍高于傳統(tǒng)同構(gòu)（僅部署宏站）場景下的切換失敗率，尤其以用戶從小站切換到宏站時更為明顯。

　　干擾如果小站部署在宏站的覆蓋范圍之內(nèi)，因為受到宏站的同頻干擾，所以小站的覆蓋范圍會出現(xiàn)明顯的收縮現(xiàn)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，也會使得用戶的吞吐量明顯下降。

　　資源利用率

　　一般而言，在不同的時間和地理位置，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(tǒng)HetNet場景下，不同站點之間無法進行資源共享，從而導(dǎo)致資源利用不充分，不同站點下的用戶體驗也有所不同。

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

　　未來無線網(wǎng)絡(luò)演進的關(guān)鍵技術(shù)——MSA

　　隨著無線網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，MSA通過采用多制式、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)所面臨的移動性支持待提升、干擾問題突出和資源利用率不高等問題，從而極大地提升邊緣吞吐量，真正實現(xiàn)無邊界網(wǎng)絡(luò)的理念。

　　未來無線網(wǎng)絡(luò)通過采用網(wǎng)絡(luò)分層和MSA的完美結(jié)合，可以使用戶無論處于網(wǎng)絡(luò)的任何位置，都能夠享受到高速穩(wěn)定的數(shù)據(jù)接入服務(wù)，實現(xiàn)超寬帶、零等待和無處不在的連接，從而帶來高速、高質(zhì)量以及簡單自由分享的業(yè)務(wù)體驗。其中，網(wǎng)絡(luò)分層是指多層的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，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，通過建立Host link來為用戶提供信令和數(shù)據(jù)的傳輸，提供無處不在的連接，保證可靠的基本用戶體驗；Boosting Layer主要用于提升網(wǎng)絡(luò)容量，通過建立Boosting link來為用戶提供數(shù)據(jù)的傳輸，達到最佳的用戶體驗。而MSA是有機聚合Host Layer和Boosting Layer的關(guān)鍵技術(shù)，通過多個節(jié)點為用戶提供多流匯聚，進一步提升了用戶感受和網(wǎng)絡(luò)容量，該技術(shù)已經(jīng)被業(yè)界廣泛認可，并從3GPP R10版本開始逐步被支持，成為當前標準討論的熱點。

　　RAN側(cè)的網(wǎng)絡(luò)實體，如BBU pool或者SRC（Single Radio Controller），可作為MSA的集中控制節(jié)點，執(zhí)行統(tǒng)一的控制功能，從而更好地實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分層、數(shù)據(jù)分流以及協(xié)調(diào)調(diào)度等。

　　Host Layer：保證可靠的基本用戶體驗

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

　　在同頻場景下，Host Layer可采用相同小區(qū)ID的網(wǎng)絡(luò)部署方式，通過不同節(jié)點使用相同的物理小區(qū)標識（PCI，Physical Cell Identifier），從而避免同頻切換；在異頻場景下，例如多載波或者多制式場景，Host Layer可使用戶總是附著在宏站上，即：無論用戶在宏站覆蓋范圍內(nèi)如何移動，始終保持用戶和宏站之間的Host link存在，從而避免異頻切換。

　　網(wǎng)絡(luò)分層后，干擾進一步可分為層內(nèi)干擾和層間干擾。協(xié)調(diào)調(diào)度可用于解決層內(nèi)干擾，例如：針對干擾敏感用戶，Host Layer可以通過協(xié)調(diào)鄰區(qū)的調(diào)度，降低其所受干擾。時頻資源分離可用于解決層間干擾，例如：預(yù)留一部分時頻資源在Host Layer的不同節(jié)點間進行SFN（Single Frequency Network）傳輸，以達到最佳的覆蓋，而其他的時頻資源在節(jié)點間進行空間復(fù)用，以達到最佳的效率。換言之，不同層之間通過保證資源的相互獨立，從而降低層間干擾。

　　Host Layer通過避免切換，保證了用戶業(yè)務(wù)的連續(xù)性；通過降低干擾，提升了用戶的吞吐量，從而保證了可靠的基本用戶體驗。

　　Boosting Layer：提供最佳的用戶體驗

　　MSA是有機聚合Host Layer和Boosting Layer的關(guān)鍵技術(shù)，針對不同的應(yīng)用場景又進一步包括：Intra-frequency MSA、Inter-frequency MSA和Inter-RAT MSA.

　　Intra-frequency MSA：利用多個同頻節(jié)點為用戶提供多流匯聚

　　在傳統(tǒng)HetNet場景下，用戶僅能與其單個附著節(jié)點進行數(shù)據(jù)的傳輸，系統(tǒng)資源無法得到充分利用。而未來網(wǎng)絡(luò)可通過采用Intra-frequency MSA技術(shù)，使得用戶可以動態(tài)地實現(xiàn)與一個或者多個最佳節(jié)點進行數(shù)據(jù)傳輸，完成同頻節(jié)點間的多流匯聚，達到最佳的用戶體驗。同頻MSA中，數(shù)據(jù)傳輸節(jié)點對用戶而言是透明的，即使是在不同小區(qū)ID的場景下，也不需要信令的開銷，從而最大化利用系統(tǒng)資源，更好地解決當前網(wǎng)絡(luò)存在的資源利用不充分問題，實現(xiàn)用戶體驗的一致性。

　　此外，Intra-frequency MSA還采用了一些先進的算法，可帶來200％的邊緣吞吐量提升，包括：CS-PC（Coordination Scheduling Power Control），通過協(xié)調(diào)調(diào)度功率控制來實現(xiàn)干擾管理；CLB（Coordination Load Balance），通過自適應(yīng)協(xié)調(diào)負載均衡提升頻譜效率；CoMP（Coordinated Multi-Point），基于實時的信道變化進行動態(tài)節(jié)點選擇或者聯(lián)合傳輸，從而實現(xiàn)業(yè)務(wù)的負載均衡等。

　　Inter-frequency MSA：利用多個異頻節(jié)點為用戶提供多流匯聚

　　在傳統(tǒng)HetNet場景下，當用戶在宏站和小站之間移動過程中，異頻切換將被觸發(fā)，可能影響用戶的體驗。而未來網(wǎng)絡(luò)可通過采用Inter-frequency MSA技術(shù)，使得用戶總是附著在宏站上，即：始終保持用戶和宏站之間存在Host link，并動態(tài)選擇最佳小站，通過用戶和最佳小站之間的Boosting link來對宏站進行數(shù)據(jù)分流。對用戶而言，形成了不同載波間的多流匯聚，進一步提升了用戶感受和網(wǎng)絡(luò)容量。

　　根據(jù)宏站和小站之間backhaul link的時延特性，Inter-frequency MSA又分為兩種場景：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的傳輸時延不可忽略。值得一提的是，非理想backhaul場景下將不同節(jié)點不同載波上的數(shù)據(jù)流進行靈活的匯聚，是3GPP Rel-12標準的核心熱點之一，受到業(yè)界的廣泛關(guān)注。

　　Inter-RAT MSA：利用多個不同制式的節(jié)點為用戶提供多流匯聚

　　異制式的多流匯聚（Inter-RAT MSA）是實現(xiàn)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LTE和Wi-Fi融合場景為例。LTE作為Host Layer，用于提供覆蓋，保持用戶和宏站之間的Host link始終存在，保證可靠的基本用戶連接；Wi-Fi作為Boosting Layer，用于容量提升，通過用戶和Wi-Fi之間的Boosting link提升傳輸速率，達到最佳的用戶體驗。

　　在網(wǎng)絡(luò)部署時，大多數(shù)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的下行業(yè)務(wù)量遠超過上行，然而蜂窩網(wǎng)絡(luò)的傳輸資源基本上是上下行對稱的，所以蜂窩網(wǎng)絡(luò)的下行數(shù)據(jù)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等問題，并且這些問題會隨著用戶數(shù)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(shù)據(jù)傳輸，即：根據(jù)信道、網(wǎng)絡(luò)負載和干擾狀況等因素，通過在RAN側(cè)新定義的控制實體SRC，靈活地將蜂窩的Host link上的下行數(shù)據(jù)分流到Wi-Fi的Boosting link上，從而使得用戶的峰值體驗成倍提升，同時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(xiàn)有的產(chǎn)品平臺實現(xiàn)了MSA技術(shù)，并在外場成功地驗證了網(wǎng)絡(luò)分層和MSA技術(shù)融合所帶來的用戶體驗提升，真正實現(xiàn)了未來無邊界網(wǎng)絡(luò)的理念。

　　圖1 未來無線網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)分層和MSA的融合