0 引言

    隨著LTE網(wǎng)絡(luò)容量的不斷提升，移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商正在為增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)流量發(fā)愁,，Small Cell^[1]在這方面正扮演著越來(lái)越重要的角色,，更多的 Small Cell用來(lái)覆蓋盲區(qū)以及分擔(dān)流量壓力。Small Cell使得運(yùn)營(yíng)商能夠?yàn)橛脩籼峁└邤?shù)據(jù)速率,、更低成本的業(yè)務(wù),。小小區(qū)(Small Cell)密集部署是提高系統(tǒng)容量的手段之一，3GPP R12開展了針對(duì)小小區(qū)增強(qiáng)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作，包括引入高階調(diào)制（256QAM）,，根據(jù)流量和干擾情況進(jìn)行小區(qū)開關(guān),，小區(qū)快速發(fā)現(xiàn)以及優(yōu)化異運(yùn)營(yíng)商之間的小小區(qū)密集部署的同步機(jī)制等。然而基于傳統(tǒng)的LTE小區(qū)搜索的方法,，即基于PSS/SSS的機(jī)制應(yīng)用于小小區(qū)發(fā)現(xiàn)中,，會(huì)存在一系列的問(wèn)題。

1 小區(qū)搜索/發(fā)現(xiàn)

    小區(qū)搜索過(guò)程就是UE取得和服務(wù)小區(qū)時(shí)間和頻率同步,，并檢測(cè)物理層小區(qū)ID的過(guò)程,。按照小區(qū)搜索過(guò)程的不同，小區(qū)搜索分為初始小區(qū)搜索和非初始小區(qū)搜索^[2],。初始小區(qū)搜索主要是用戶開機(jī)后的小區(qū)搜索，用戶開機(jī)后,，UE要為自己尋找一個(gè)合適的基站,，來(lái)接收服務(wù)基站的消息。非初始小區(qū)搜索是指UE一直處于連接狀態(tài),，周期性地對(duì)周圍存在的小區(qū)進(jìn)行搜索,，以備小區(qū)重選和切換。 

    Small Cell的發(fā)現(xiàn)屬于非初始小區(qū)搜索,，從理論來(lái)說(shuō),，非初始小區(qū)搜索比初始小區(qū)搜索的過(guò)程要簡(jiǎn)單些，因?yàn)榉浅跏夹^(qū)搜索UE已經(jīng)取得了下行同步,，但為了減少UE搜索服務(wù)小區(qū)的復(fù)雜度,，非初始小區(qū)搜索和初始小區(qū)搜索采用了相同的方法。

    UE快速有效發(fā)現(xiàn)Small Cell,，可以減輕宏基站的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載,，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)部署與網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡，提高CoMP/eICIC的有效操作,，而且可以有效地促進(jìn)Small Cell的關(guān)斷技術(shù)研究,，增強(qiáng)Small Cell層的移動(dòng)魯棒性。

2 發(fā)現(xiàn)Small Cell的相關(guān)機(jī)制

    在Small Cell密集部署下(如圖1所示),，基于現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)已假定一個(gè)小小區(qū)簇（一個(gè)小小區(qū)簇內(nèi)包含10個(gè)小小區(qū)）內(nèi)的全部小小區(qū)均同步（利用該同步,，可以提高網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)性能，如使用CoMP,，雙連接技術(shù),，減小搜索窗等）。這也隨之帶來(lái)了一定的問(wèn)題,，即同步信號(hào)映射到相同的時(shí)頻資源上,，使得小區(qū)間的同步信號(hào)完全碰撞在一起，導(dǎo)致接收信號(hào)的信噪比下降很大，檢測(cè)性能急劇下降,，很難達(dá)到小小區(qū)發(fā)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)（現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)雖未規(guī)定具體發(fā)現(xiàn)的小小區(qū)個(gè)數(shù),，但是至少為3個(gè)）。

2.1 R8機(jī)制下應(yīng)用PSS/SSS

    由于PSS/SSS^[3]每5 ms傳輸一次,，一般PSS和SSS信噪比的檢測(cè)需各自平均2個(gè)符號(hào),，則發(fā)現(xiàn)小小區(qū)至少20 ms，在SINR低于0 dB時(shí),，將會(huì)以更長(zhǎng)的搜索時(shí)間來(lái)提高小小區(qū)的檢測(cè)性能,，這樣會(huì)增加UE的功耗，尤其在采用異頻部署的網(wǎng)絡(luò)下搜索小區(qū),。

    在噪聲受限的場(chǎng)景下(假設(shè)僅僅有目標(biāo)小區(qū)傳輸PSS/SSS/CRS,，來(lái)自于其他小區(qū)的干擾均視為高斯噪聲)，UE可以通過(guò)多幀累積的PSS/SSS來(lái)改善同步信號(hào)的SINR,。然而在Small Cell密集部署場(chǎng)景下,，小小區(qū)簇內(nèi)小區(qū)之間的同步信號(hào)會(huì)完全碰撞在一起，如圖2所示,，這使得小小區(qū)之間存在很強(qiáng)的干擾,，通過(guò)多幀累積的方式并不能很好的改善SINR。其主要的原因是PSS/SSS具有10 ms周期性,，各小區(qū)之間的PSS/SSS的互相關(guān)性不隨時(shí)間變化,。在一個(gè)傳輸周期10 ms內(nèi)，干擾隨機(jī)化僅僅由子幀0和5上的SSS信號(hào)實(shí)現(xiàn),。因此,，即使通過(guò)PSS/SSS無(wú)限累積，小區(qū)之間的干擾也不能隨機(jī)化,。

2.2 PSS/SSS間隔傳輸（PSS/SSS muting）

    基于傳統(tǒng)的小區(qū)搜索機(jī)制,，UE在未知系統(tǒng)帶寬的情況下去檢測(cè)中心頻帶6PRBs上的PSS/SSS信號(hào)，與目標(biāo)小區(qū)建立時(shí)頻同步,。而在同步網(wǎng)絡(luò)下Small Cell密集部署時(shí),，所有小區(qū)的PSS/SSS會(huì)彼此相互干擾。

    為了減少小區(qū)間的PSS/SSS干擾,，提升接收信號(hào)的SINR,，可以應(yīng)用PSS/SSS間隔傳輸^[4]。如圖3所示,，小區(qū)0,，1，2輪流發(fā)送同步信號(hào)(PSS根序列號(hào)相同的小區(qū)可以同時(shí)發(fā)送同步信號(hào)),。為了達(dá)到更好的檢測(cè)性能,，輔助信息可以將目標(biāo)小區(qū)規(guī)定的間隔傳輸模式提供給UE,，如果UE未知間隔傳輸模式的相關(guān)信息，UE接收機(jī)可能會(huì)將間隔傳輸位置的信號(hào)作為噪聲/干擾處理,，影響其檢測(cè)性能,，性能的提升也是有限的。對(duì)于傳統(tǒng)小區(qū)下的PSS/SSS信號(hào),，為了后向兼容性,，其間隔傳輸可以完全由網(wǎng)絡(luò)層控制。

    PSS/SSS間隔傳輸模式可以提供與現(xiàn)有PSS/SSS相同等級(jí)的小區(qū)搜索功能,，其檢測(cè)性能可以顯著提高,。當(dāng)輔助信息將相關(guān)間隔傳輸模式信息提供給UE時(shí)，基于R8機(jī)制下的小區(qū)搜索功能可以重用,。這種模式僅僅需要高層定義相應(yīng)的間隔模式,，對(duì)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)影響很小，其性能卻可以得到很大的提升,。

2.3 PSS/SSS干擾消除（PSS/SSS IC）

    PSS/SSS干擾消除在R11中已經(jīng)引入,，PSS/SSS IC^[5]的具體方案如下：

    （1）UE執(zhí)行小區(qū)搜索功能（包括時(shí)間和頻率同步以及目標(biāo)小區(qū)ID）搜索潛在的最強(qiáng)小區(qū)；

    （2）UE對(duì)步驟（1）中搜索到的小區(qū)進(jìn)行信道估計(jì),；

    （3）UE去除經(jīng)過(guò)上述兩個(gè)步驟后得到的小區(qū)進(jìn)行下一個(gè)小區(qū)的搜索,。

    對(duì)于潛在的次強(qiáng)小區(qū),，其應(yīng)重復(fù)上述步驟進(jìn)行迭代,。 在R8/R9/R10的小區(qū)搜索過(guò)程中沒(méi)有上述的步驟(2)與(3)。除了上述步驟(2)與(3)給UE帶來(lái)額外的復(fù)雜度外,，其迭代的次數(shù)（需要搜索的小區(qū)數(shù)）也將影響UE的功耗,。根據(jù)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)至少搜索到3個(gè)小區(qū)，對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的迭代消除,，對(duì)UE的復(fù)雜度與功耗影響很大,，因此PSS/SSS干擾消除的整體性能與復(fù)雜度取決于UE檢測(cè)小區(qū)數(shù)的能力。若不考慮UE的功耗,，其可以提供很好的檢測(cè)性能,。

2.4 其他RS的檢測(cè)機(jī)制

    針對(duì)上述存在的UE功耗過(guò)大與復(fù)雜度高的問(wèn)題，3GPP討論了小小區(qū)發(fā)現(xiàn)信號(hào)（Discovery Signal,，DS）的相關(guān)特點(diǎn),，普遍認(rèn)為DS相比于現(xiàn)有的下行參考信號(hào)，應(yīng)能夠提高接收信號(hào)的SINR,，并且UE能夠一次或嘗試很少的次數(shù)就能發(fā)現(xiàn)多個(gè)小小區(qū),，減少檢測(cè)的時(shí)間。為了實(shí)現(xiàn)上述相關(guān)功能,，DS應(yīng)滿足以下幾個(gè)特點(diǎn)：

    （1）DS在一個(gè)子幀中的密度要相比于現(xiàn)有的下行同步信號(hào)要高的多,；

    （2）一個(gè)或者少量幾個(gè)DS傳輸周期較長(zhǎng),；

    （3）DS應(yīng)該支持足夠數(shù)量的正交序列和準(zhǔn)正交序列，減小小區(qū)間的干擾,。

    此外,，為了提高UE發(fā)現(xiàn)小小區(qū)的能源效率，宏基站可以（需高層信令支持）向UE提供相關(guān)的輔助信息,，所有小小區(qū)的DS應(yīng)同步傳輸,，如圖4所示，這種機(jī)制可以減少搜索窗口,，降低UE的功耗,。

    針對(duì)上述DS信號(hào)設(shè)計(jì)的相關(guān)要求，可以考慮現(xiàn)有的下行參考信號(hào)CRS,、PRS,、CSI-RS^[6]作為DS。無(wú)論是CRS,、PRS還是CSI-RS作為DS,，一個(gè)小小區(qū)簇內(nèi)的每個(gè)小小區(qū)都盡量傳輸不同的參考信號(hào)圖樣CRS/PRS/CSI-RS，如圖5所示,，并且為了減小干擾,，在一個(gè)小小區(qū)傳輸?shù)腃RS/PRS/CSI-RS所使用的資源在另一個(gè)小小區(qū)中相應(yīng)的資源位置應(yīng)被設(shè)置為0，這樣一個(gè)小小區(qū)簇內(nèi)的全部DS均正交,。

    PRS或者CSI-RS作為DS可以在幀中選擇占有不同數(shù)量的PRBs,，可以為6、25,、50 PRBs,，其具體配置可以由宏基站通知給UE，但需要一個(gè)小小區(qū)簇中的所有小小區(qū)的PRS/CSI-RS占有相同數(shù)量的PRBs,。

    現(xiàn)假設(shè)使用PRS作為DS,，為了加速UE檢測(cè)小區(qū)的相關(guān)性能，LPP^[7]定義了由高層提供的相關(guān)輔助信息（物理層小區(qū)ID,，天線端口配置,，CP類型，PRS帶寬,，PRS配置,，UE接收PRS的時(shí)間等）可供選擇。與傳統(tǒng)同步信號(hào)在小小區(qū)發(fā)現(xiàn)上進(jìn)行對(duì)比,，PSS/SSS在每個(gè)子幀中占有62 REs,，即使使用2個(gè)樣本的PSS/SSS，PSS/SSS總共占有62×2×2=248 REs,，如果使用正常CP,，1或者2個(gè)天線端口,，假設(shè)PRS在50 PRBs上傳輸，則PRS占有50×16=800 REs,，對(duì)比檢測(cè)到的REs,，800/248=3.2，意味著PRS可以使UE獲得更好的檢測(cè)性能,。

    這種機(jī)制需要高層定義新的信令來(lái)加速Small Cell機(jī)制的有效運(yùn)行,，沒(méi)有提供相應(yīng)的后向兼容性，但是其可以提供很好的檢測(cè)性能,，減小了UE的搜索時(shí)間與功耗,。

2.5 四種發(fā)現(xiàn)機(jī)制的對(duì)比

    通過(guò)以上分析介紹可以發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)機(jī)制的PSS/SSS發(fā)現(xiàn)小區(qū)的時(shí)間較長(zhǎng),，UE的功耗較高,，通過(guò)累加幀的方式并不能提高其檢測(cè)性能；PSS/SSS干擾消除算法的功耗取決于其檢測(cè)的小區(qū)數(shù),，當(dāng)小區(qū)數(shù)為3時(shí),，其功耗較高；而PSS/SSS間隔傳輸性能最好,，對(duì)現(xiàn)有規(guī)范與UE影響較小,，3GPP也重點(diǎn)討論了PSS/SSS間隔傳輸模式；若高層能夠提供相應(yīng)的輔助信息,，PRS/CSI-RS也可達(dá)到較好的發(fā)現(xiàn)性能,，其檢測(cè)時(shí)間較短，功耗較小,。具體對(duì)比如表1所示,。

3 結(jié)束語(yǔ)

    Small Cell作為一項(xiàng)新興的技術(shù)在R12標(biāo)準(zhǔn)^[7]中占據(jù)了重要的地位,，3GPP R12階段對(duì)Small Cell部署場(chǎng)景,，物理層增強(qiáng)功能，高層增強(qiáng)功能分別進(jìn)行了研究,。Small Cell發(fā)現(xiàn)技術(shù)主要解決Small Cell在密集部署場(chǎng)景下,，用戶發(fā)現(xiàn)Small Cell的機(jī)制及技術(shù)方案。本文詳細(xì)分析了Small Cell發(fā)現(xiàn)技術(shù)的幾種潛在方案并對(duì)其進(jìn)行了對(duì)比,，分析了其對(duì)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的影響及其后向兼容性,，也考慮了UE的功耗與復(fù)雜度問(wèn)題，并對(duì)其后續(xù)研究方向進(jìn)行了展望,。

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