超密集组网专题组技术报告.pdf

第 1 页 / 共 133 页 IMT-2020(5G)推进组 超 密集组网 专题组技术报告 技术报告 Technical Report 版权声明 Copyright Notification 本文档由 IMT-2020(5G)推进组 超密集 组网 专题组成员单位起草 未经书面许可 禁止打印、复制及通过任何媒体传播 2015 IMT-2020推进组版权所有 第 2 页 / 共 133 页 目 录 1 范围 . 3 2 缩略语 . 3 3 背景和简介 . 3 4 应用场景和模型 . 3 4.1 主要应用场景 . 3 4.1.1 室内部署场景 . 3 4.1.2 室外部署场景 . 4 4.1.3 特殊场景 . 5 4.2 简单模型 . 6 4.2.1 载频与带宽 . 6 4.2.2 网络拓扑 . 6 4.2.3 信道模型 . 10 4.2.4 业务模型 . 11 4.2.5 天线形态 . 11 5 关键技术 . 12 5.1 接入与回传联合设计 . 12 5.1.1 5G 回传问题概述 . 12 5.1.2 混合分层回传 . 13 5.1.3 自回传技术 . 15 5.1.4 无线回传的多路径设计及路由机制 . 28 5.1.5 无线接入 /回传联合设计 . 34 5.2 干扰管理与抑制 . 44 5.2.1 分布式干扰测量技术 . 45 5.2.2 干扰抵消技术 . 49 5.2.3 频域协调技术 . 52 5.2.4 功率协调技术 . 60 5.2.5 多维联合干扰管理技术 . 66 5.2.6 多小区协同技 术 . 76 5.2.7 以用户为中心的传输节点选择技术 . 87 5.3 虚拟化技术 . 88 5.3.1 平滑虚拟小区（ SVC）技术 . 89 5.3.2 虚拟层技术 . 99 5.3.3 虚拟小区技术 . 105 5.3.4 虚拟小区簇技术 . 117 5.3.5 终端虚拟化技术 . 121 5.3.6 软扇区技术 . 123 6 评估 . 126 6.1 超密集组网的覆盖与性能评估 . 126 6.1.1 超密集组网系统容量评估 . 126 6.1.2 超密集组网的切换性能分析 . 129 7 参考文献 . 132 第 3 页 / 共 133 页 1 范围 本 技术报告主要针对超密集网络应用场景、模型及关键技术方案进行研究。主要对接入与回传联合设计、虚拟化以及 干扰管理与抑制等方面的技术进行分析和阐述，另外提出了超密集组网的性能评估方法并进行了初步评估。 2 缩略语 ABS Almost Blank Subframe eICIC enhanced Inter-Cell Interference Coordination ISD InterSite Distance MME Mobility Management Entity OAM Operation Administration and Maintenance PDN-GW Packet Data Network Gateway RLF Radio Link Failure RRM Radio Resource Management S-GW Serving Gateway TP Transmission Point UDN Ultra Dense Network 3 背景和简介 超密集网络 UDN 是 5G 的核心技术之一，通过无线接入点的规模部署，可以大大降低用户接入的距离，从而提高用户的吞吐量以及区域的吞吐量（ bps/km2），是满足 5G 系统容量需求的关键技术。 4 应用场景和模型 4.1 主要应用场景 4.1.1 室内部署场景 办公室 上下行流量密度要求都较高。通过室内小基站覆盖室内用户，每个办公区域内无内墙 阻隔，小区间干扰较为严重。 第 4 页 / 共 133 页 图 4.1.1-1 办公室 场景 公寓 下行流量密度要求较高。通过室内小基站覆盖室内，室内存在内墙阻隔，小区间干扰较小。 图 4.1.1-2 公寓 场景 购物中心 /火车站 /机场 4.1.2 室外部署场景 密集住宅 下行流量密度要求较高。通过室外小基站覆盖室内和室外用户。 图 4.1.2-1 密集住宅 场景 体育场 上行流量密度要求较高。通过室外小基站覆盖室外用户，小区间干扰较为严重。 第 5 页 / 共 133 页 图 4.1.2-2 体育场 场景 大型 集会 上行流量密度要求较高。通过室外小基站覆盖室外用户，小区间干扰较为严重。 图 4.1.2-3 大型集会 场景 密集街区 上下行流量密度要求都较高。通过室外或室内小基站覆盖室内和室外用户。 图 4.1.2-4 密集 街区场景 4.1.3 特殊场景 地铁 下行流量密度要求都较高。通过车厢内小基站覆盖车厢内用户，车厢无阻隔，小区间干扰较为严重。 第 6 页 / 共 133 页 图 4.1.3-1 地铁 场景 4.2 简单 模型 简单模型以 3GPP/ITU 已有模型为基础，依据 IMT-2020 需求组 KPI 测算结果进行建模。重点关注第一优先梯队场景：办公室、密集住宅区、密集街区、公寓和大型集会。不同场景超密集网络部署情况如 表 4.2 所示。 表 4.2 简单 模型 主要 应用场景 应用场景 室内外属性 UDN 小站 用户 办公室 室内 室内 密集住宅 室外 室内、室外 密集街区 室内、室外 室内、室外 大型集会 室外 室外 公寓 室内 室内 4.2.1 载频与带宽 载频 宏站： 2GHz； 小站： 3.5GHz（优先）， 2.0GHz； 带宽 宏站： 20MHz； 小站： 10MHz、 20MHz、 40MHz、 100MHz； 4.2.2 网络拓扑 4.2.2.1 办公室 场 景模型： 假设一栋办公楼 620 层，层高 3m，每层分为若干个办公室房间，办公室房间内放置若干隔断 间。例如：每层建筑面 1000m2 分为 10 个 10mx10m 的办公房间。 第 7 页 / 共 133 页 办公区域小站室内 UE图 4.2.2.1-1 办公室 场景示意图 基站部署： 办公室内小站可部署在任意办公房间内，例如 图 所示，可考虑布置在天花板，墙壁，走廊等。 用户模型： 根据需求组对办公室场景 KPI 测算结果 0 ，如下表所示： 表 4.2.2.1 需求组 办公室场景 KPI 测算 结果 典型 面 积 5001000 m2 用户 密度 （单层 ） 0.25 个 /m2 每用户 设备数 3 用户 激活率 30% 连接数 密度 （单层 ） 0.75 个 /m2 计算激活的用户密度，即每平米的 UE 数作为超密集网络 Full Buffer 业务仿真依据，具体计算过程如下： 单层激活连接数： 0.75*0.3=0.225 个 /m2； 例如：单层 1000m2 的办公区域内，用于 Full buffer 仿真的连接用户数为： 0.225*1000=225个 UE，即，办公楼每层用户数为 225； UE 均匀分布在办公区域内， UE 和小站的最小 2D 距离为 03m 或最小 3D 距离为 3m（例如： UE 和小站在不同楼层时最小 2D 距离为 0m）； UE 静止或低速运动。 4.2.2.2 密集住宅区 场 景模型： 一个宏基站覆盖的扇区内有若干个密集住宅区，每个密集住宅区方向一致或随机，内有若干栋住宅，密集住宅区内的住宅朝向一致，共 6 层（或低层建筑： 48 层随机，高层建筑： 1020 层随机），层高 3m。 密集住宅区第 8 页 / 共 133 页 图 4.2.1.2-1 密集住宅区异构场景 基站部署： 室外部署：小站部署在住宅楼附近（例如：楼外围区域，楼顶以及外墙等）； 室内 UE图 4.2.2.2-2 密集 住宅区平面 示意 图 用户模型： 室内每层用户数相同，每层用户均匀分布；室外用户在宏基站覆盖范围内随机分布； 根据需求组对密集住宅区场景 KPI 测算结果 0，如下表所示： 表 4.2.2.2 需求组密集 住宅区场景 KPI 测算 结果 用户密度 容积率为 5 的密集住宅小区，每平方公里 5 万户，每户 5 个普通终端（ 15个物联网终端）典型面积：大型密集小区 1 平方公里 普通终端密度 0.25 个 /m2 忙时激活率 不大于 15% 计算激活的用户密度，即每平米的 UE 数作为超密集网络 Full Buffer 业务仿真依据，具体计算过程如下： 单层激活终端密度： 0.25x0.15=0.0375 个 /m2；例如， 100m2 的住宅内用于 Full buffer 仿真的连接用户数为： 0.25x0.15*100=3.75 个 UE； UE 静止或低速运动。 4.2.2.3 密集街区 场 景模型 ： 每个六边形小区内如下图所示的方法分布若干个建筑物， ISD 为 500 米，每个建筑物的室内拓扑为 Dual strip model，建筑物楼层随机分布，例如： 1 层 15 层（各单位可根据自己的情况调整房间的个数和每个房间的大小）。 第 9 页 / 共 133 页 图 4.2.3.3-1 密集 街区 场景 示意图 基站部署： 室外规划部署，室内规划、半规划或者随机部署。 用户模型： 分布于室外和室内，可以按照预设的密度进行分布；室外用户静止、或中 /低速运动，室内用户静止或低速运动。 注： 各单位可根据情况进行密集街区用户密度的计算 。 4.2.2.4 大 型集会 场 景模型： 以天安门广场为例，假设露天广场南北长 880 米，东西宽 500 米，面积达 44 万平方米，最大可容纳 100 万人举行盛大集会。 图 4.2.4.4-1 大型集会 场景示意图 基站部署： 在广场边界进行小站的密集部署，例如，在广场内随机部署 520 个，小站间距为 20100m。 用户模型： 用户随机分布在广场范围内； 根据需求组对大型集会场景 KPI 测算结果 0，如下表所示： 表 4.2.2.1 需求组大型 集会场景 KPI 测算 结果 典型 面积 44 万 平方米 连接数 密度 0.72 个 /m2 忙时激活率 不超过 10% 计算激活的用户密度，即每平米的 UE 数作为超密集网络 Full Buffer 业务仿真依据，具体计算过程如下： 激活连接密度： 0.72*0.1=0.072 个 /m2；用户低速运动。 第 10 页 / 共 133 页 4.2.2.5 公寓 场 景模型 ： 公寓属于室内场景，楼层 620，每一层设有两排房间，房间高度为 3m。例如：每排 5 个房间共 10 个房间，每个房间大小为 10mx10m。 10m10 m 图 4.2.5.5-1 公寓场景示意图 基站部署： 室内小站覆盖室内。 用户模型： 每个房间随机散布相同数量用户，或者整个区域随机散布用户；公寓和密集住宅区在场景及模型上类似，此处沿用对密集住宅区场景用户模型的计算；用户静止或低速运动。 4.2.3 信道模型 4.2.3.1 办公室 大尺度路径损耗： 2GHz 小站： 3GPP Dual Strip TR36.814 A.2.1.1.2-8 UE to HeNB (3)和 (4) Model 1 3.5GHz 小站： 3GPP Dual Strip TR36.872 A.1.3 小尺度衰落： 小站： ITU InH TR36.814 Table B.1.2.2.1-4 穿透损耗： 2GHz 室内 UE： 20dB+0.5din TR36.814 A.2.1.1.2-8 3.5GHz 室内 UE： 23dB+0.5din TR36.872 A.1.3 不同层间穿透 18.3 n (n+2)/(n+1)-0.46)dB：参考 3GPP Dual Strip TR36.814 A.2.1.1.2-8中对层间穿透的计算 内墙损耗 5dB：参考 3GPP Dual Strip TR36.814 A.2.1.1.2-8中对内墙穿透的计算 4.2.3.2 密集住宅区 大尺度路径损耗： 宏站： ITU UMa，小站： ITU UMi TR36.814 Table B.1.2.1-1，或 宏站： 3D UMa，小站： 3D UMi TR36.873 Table 7.2-1 小尺度衰落： 宏站： ITU UMa，小站： ITU UMi TR36.814 Table B.1.2.1-4，或 宏站： 3D UMa，小站： 3D UMi TR36.873 Table 7.3-6 穿透损耗（参考 Small Cell 穿透损耗）： 2GHz 室内 UE： 20dB+0.5din TR36.814 A.2.1.1.2-8