LTE系統(tǒng)的家庭式基站技術(shù)淺析
現(xiàn)代移動通信越來越趨向于提供高速傳輸多媒體業(yè)務(wù)，LTE系統(tǒng)家庭式基站的誕生，有效的改善了系統(tǒng)在熱點(diǎn)地區(qū)的覆蓋、吞吐量和室內(nèi)用戶的傳輸體驗(yàn)。
在LTE的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程中，一種家庭式基站（HomeeNodeB，HeNB）的概念和技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。和傳統(tǒng)的蜂窩通信的基站不同，家庭式基站是一種小型的、可以安裝在室內(nèi)的、配置靈活的基站。有統(tǒng)計(jì)表明，對于高速的多媒體業(yè)務(wù)，寬帶業(yè)務(wù)更多的應(yīng)用場景為室內(nèi)和熱點(diǎn)地區(qū)。而采用傳統(tǒng)的蜂窩式移動通信方式則對此類需求的支持不足。家庭式基站的誕生正是為了解決這樣的矛盾，提供給需要多媒體業(yè)務(wù)的室內(nèi)用戶以更好的用戶體驗(yàn)。
針對LTE系統(tǒng)的家庭式基站技術(shù)，從業(yè)務(wù)上說，LTE系統(tǒng)在上下行傳輸速率方面，需要達(dá)到下行100Mbit/s和上行50Mbit/s的傳輸速率，并且可以根據(jù)不同業(yè)務(wù)的不同QoS需求制定不同的傳輸策略，LTE對于傳輸時延的要求也越來越高，達(dá)到接入網(wǎng)要求用戶層的***時延不超過5ms，控制層的***時延不超過100ms。
從技術(shù)的角度上來說，LTE系統(tǒng)下行傳輸采用OFDMA接入方式，上行傳輸采用單載波FDMA，有效的抑制了本小區(qū)用戶之間的干擾，高效的利用了寬帶頻譜，并且降低了傳輸信號的峰均比。MIMO技術(shù)的引入也極大的增加了LTE的數(shù)據(jù)傳輸速率。此外，AMC、功率控制、干擾協(xié)調(diào)等技術(shù)對于LTE系統(tǒng)性能的提高也起到很大作用。
整體結(jié)構(gòu)
LTE系統(tǒng)除了在接入網(wǎng)部分，改變了無線接入方式，引入了一些增強(qiáng)技術(shù)之外，在網(wǎng)絡(luò)整體結(jié)構(gòu)上也有了較大的改變。LTE系統(tǒng)采用了一種扁平式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，取消了WCDMA系統(tǒng)的RNC，將NodeB升級為eNodeB（enhancedNode B），eNode B集成了以往RNC的功能如無線網(wǎng)絡(luò)資源的管理、切換管理、流量匯集等，進(jìn)一步降低了傳輸處理時延，加強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的靈活度。在LTE系統(tǒng)中，基站（eNB）是一個綜合的功能強(qiáng)大的接入網(wǎng)節(jié)點(diǎn)。
引入了家庭式基站的LTE系統(tǒng)，在整體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上和沒有配置家庭式基站的LTE系統(tǒng)基本上一致，但是由于家庭式基站需要具備體積小、安裝靈活性高的特點(diǎn)，相應(yīng)的家庭式基站之間的通信相對復(fù)雜。目前的LTE規(guī)范還暫不支持家庭式基站之間的X2接口。圖1所示為引入了家庭式基站的LTE系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
E-UTRAN在邏輯結(jié)構(gòu)上引入了家庭式基站網(wǎng)關(guān)（HomeeNBGateway,HeNB GW），相當(dāng)于擴(kuò)展了家庭式基站和核心網(wǎng)之間的S1接口，從而可以在系統(tǒng)中配置更多的家庭式基站。我們可以認(rèn)為家庭式基站網(wǎng)關(guān)是用來集中控制層（C-Plane），尤其是S1-MME接口網(wǎng)關(guān)模塊的一個集中器。而家庭式基站端的S1-U接口可以終止于家庭式基站網(wǎng)關(guān)或者可以通過直接的用戶層(U-Plane)的家庭式基站和服務(wù)網(wǎng)關(guān)之間進(jìn)行邏輯連接。
從移動管理模塊（MobilityManagementEntity）的角度看來，家庭式基站和普通的LTE基站沒有差別。而對于家庭式基站，家庭式基站網(wǎng)關(guān)相當(dāng)于移動管理模塊。當(dāng)然家庭式基站和通過家庭式基站網(wǎng)關(guān)連接到EPC，其S1接口的定義和功能都是完全一樣的。家庭式基站網(wǎng)關(guān)連接到EPC時，家庭式基站網(wǎng)關(guān)服務(wù)的用戶在小區(qū)間的移動可以不需要進(jìn)行移動管理模塊MME之間的切換。家庭式基站可以支持普通LTE基站的全部功能，其和EPC之間的連接過程也與普通的LTE基站完全相同。#p#
各模塊功能
配置有家庭式基站的LTE系統(tǒng)，主要的工作模塊有家庭式基站、家庭式基站網(wǎng)關(guān)以及移動管理模塊。如前文所述，家庭式基站和普通的LTE基站具有相同的功能，如果家庭式基站連接到家庭式基站網(wǎng)關(guān)的話，則依據(jù)目前的LTE標(biāo)準(zhǔn)，其還需要支持如下功能：
尋找并發(fā)現(xiàn)合適的服務(wù)家庭式基站網(wǎng)關(guān)；每個家庭式基站同一時刻只能連接到一個家庭式基站網(wǎng)關(guān)上；普通的LTE基站使用的TAC和通用陸地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識（PublicLandMobileNetwork Identifier, PLMN ID）也可以同樣為家庭式基站所使用；當(dāng)家庭式基站連接到家庭式基站網(wǎng)關(guān)的時候，UE對于MME的選擇功能也從家庭式基站轉(zhuǎn)移到了家庭式基站網(wǎng)關(guān)上。
1.家庭式基站網(wǎng)關(guān)具備如下的功能
1.1為移動管理模塊MME服務(wù)的UE和家庭式基站服務(wù)的UE提供UE相關(guān)的S1接口應(yīng)用消息的中繼傳輸。
1.2終止非UE相關(guān)的，發(fā)送給家庭式基站和發(fā)送給移動管理模塊的S1應(yīng)用部分過程。請注意，這里當(dāng)配置了家庭式基站網(wǎng)關(guān)后，非UE相關(guān)過程將在家庭式基站網(wǎng)關(guān)和家庭式基站之間，家庭式基站網(wǎng)關(guān)和MME之間進(jìn)行。
1.3可以選擇終止家庭式基站和服務(wù)網(wǎng)關(guān)之間的S1-U接口。
1.4支持家庭式基站使用的TAC和PLMNID。
2.MME支持如下功能
對于封閉用戶組的接納控制。
對于家庭式基站中屬于CSG的未注冊用戶的尋呼消息的分布，是否提供支持尋呼消息過濾機(jī)制，目前還在研究當(dāng)中。
相關(guān)接口
2.1用戶層S1接口的協(xié)議棧結(jié)構(gòu)
用戶層的S1接口被定義為在家庭式基站，家庭式基站和移動管理模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸層。
家庭式基站網(wǎng)關(guān)可以選擇性的終止朝向家庭式基站和服務(wù)網(wǎng)關(guān)的用戶層數(shù)據(jù)，并且為家庭式基站和服務(wù)網(wǎng)關(guān)中繼用戶層數(shù)據(jù)提供中繼服務(wù)。
2.2控制層S1接口的協(xié)議棧結(jié)構(gòu)
對于沒有配置家庭式基站網(wǎng)關(guān)的LTE系統(tǒng)，所有的S1接口過程均終止于家庭式基站和MME。
對于配置有家庭式基站網(wǎng)關(guān)的LTE系統(tǒng)，家庭式基站網(wǎng)關(guān)則需要終止和家庭式基站、MME之間的非專用的UE進(jìn)程。家庭式基站網(wǎng)關(guān)應(yīng)該為家庭式基站和MME之間需要中繼的控制層數(shù)據(jù)提供中繼傳輸?shù)墓δ?。協(xié)議功能范圍內(nèi)的所有非專用UE的進(jìn)程都是在家庭式基站和家庭式基站網(wǎng)關(guān)、家庭式基站網(wǎng)關(guān)和MME之間定義的。而任何協(xié)議功能范圍內(nèi)UE專用的進(jìn)程則在家庭式基站和MME內(nèi)部實(shí)現(xiàn)。
總結(jié)
不斷增長的用戶對于高速多媒體業(yè)務(wù)的需求，驅(qū)動著移動通信技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步。LTE家庭式基站的誕生，有效的解決了高速業(yè)務(wù)用戶在熱點(diǎn)地區(qū)的傳輸需求和LTE的覆蓋目標(biāo)，并且由于其體積較小、配置簡單、靈活性高，必將會把人類的移動通信生活推動到一個新的高度。
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