MSA：未來無線網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)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(shí)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(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(shù)據(jù)業(yè)務(wù)呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。業(yè)界預(yù)計(jì)，未來十年，全球移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量將以指數(shù)級(jí)增長，這將給當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)帶來前所未有的巨大沖擊。

當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)所面臨的挑戰(zhàn)

當(dāng)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(jìn)行獨(dú)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(shí)刻只能與一種RAT中的單個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)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(jìn)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(gè)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(duì)用戶體驗(yàn)有所影響。因此，移動(dòng)性、干擾、資源利用率等問題是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)所面臨的主要挑戰(zhàn)。

移動(dòng)性

隨著HetNet的密集部署，小站的個(gè)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(hào)傳播特性有所不同。隨著距離的增加，宏站信號(hào)的衰減比較緩慢。小站部署后，雖然小站附近的信號(hào)強(qiáng)度明顯提升，但是隨著離小站距離的增加，信號(hào)會(huì)出現(xiàn)快速的衰減現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)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(shí)更為明顯。

干擾

如果小站部署在宏站的覆蓋范圍之內(nèi)，因?yàn)槭艿胶暾镜耐�頻干擾，所以小站的覆蓋范圍會(huì)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(dá)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(dá)到幾十米甚至十幾米。此外，因?yàn)橥�頻干擾的存在，也會(huì)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(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(tǒng)HetNet場景下，不同站點(diǎn)之間無法進(jìn)行資源共享，從而導(dǎo)致資源利用不充分，不同站點(diǎn)下的用戶體驗(yàn)也有所不同。

宏站因?yàn)槠涓采w范圍大，能夠吸附更多的用戶，因此，一般而言宏站的負(fù)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?yàn)榫嚯x宏站較遠(yuǎn)，同時(shí)又受到同頻小站的干擾，其用戶吞吐量就更低。而對(duì)小站而言，因?yàn)槭艿礁采w范圍的約束，導(dǎo)致其吸附的用戶個(gè)數(shù)不多，負(fù)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(jìn)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(dāng)前網(wǎng)絡(luò)所面臨的移動(dòng)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(shí)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(shí)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(yàn)。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(yàn)；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(dá)到最佳的用戶體驗(yàn)。而MSA是有機(jī)聚合Host Layer和Boosting Layer的關(guān)鍵技術(shù)，通過多個(gè)節(jié)點(diǎn)為用戶提供多流匯聚，進(jìn)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(rèn)可，并從3GPP R10版本開始逐步被支持，成為當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)討論的熱點(diǎn)。

RAN側(cè)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(jié)點(diǎn)，執(zhí)行統(tǒng)一的控制功能，從而更好地實(shí)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(yàn)

Host Layer能夠有效地解決當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)所面臨的移動(dòng)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(diǎn)使用相同的物理小區(qū)標(biāo)識(shí)（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(dòng)，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(jìn)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(duì)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(shí)頻資源分離可用于解決層間干擾，例如：預(yù)留一部分時(shí)頻資源在Host Layer的不同節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行SFN（Single Frequency Network）傳輸，以達(dá)到最佳的覆蓋，而其他的時(shí)頻資源在節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行空間復(fù)用，以達(dá)到最佳的效率。換言之，不同層之間通過保證資源的相互獨(dú)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(yàn)。

Boosting Layer：提供最佳的用戶體驗(yàn)

MSA是有機(jī)聚合Host Layer和Boosting Layer的關(guān)鍵技術(shù)，針對(duì)不同的應(yīng)用場景又進(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(jié)點(diǎn)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(gè)附著節(jié)點(diǎn)進(jìn)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(dòng)態(tài)地實(shí)現(xiàn)與一個(gè)或者多個(gè)最佳節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，完成同頻節(jié)點(diǎn)間的多流匯聚，達(dá)到最佳的用戶體驗(yàn)。同頻MSA中，數(shù)據(jù)傳輸節(jié)點(diǎn)對(duì)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(dāng)前網(wǎng)絡(luò)存在的資源利用不充分問題，實(shí)現(xiàn)用戶體驗(yàn)的一致性。

此外，Intra-frequency MSA還采用了一些先進(jìn)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(shí)現(xiàn)干擾管理；CLB（Coordination Load Balance），通過自適應(yīng)協(xié)調(diào)負(fù)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(jié)點(diǎn)選擇或者聯(lián)合傳輸，從而實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的負(fù)載均衡等。

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

在傳統(tǒng)HetNet場景下，當(dāng)用戶在宏站和小站之間移動(dòng)過程中，異頻切換將被觸發(fā)，可能影響用戶的體驗(yàn)。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(dòng)態(tài)選擇最佳小站，通過用戶和最佳小站之間的Boosting link來對(duì)宏站進(jìn)行數(shù)據(jù)分流。對(duì)用戶而言，形成了不同載波間的多流匯聚，進(jìn)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(shí)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(shí)延可以忽略不計(jì)，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場景下將不同節(jié)點(diǎn)不同載波上的數(shù)據(jù)流進(jìn)行靈活的匯聚，是3GPP Rel-12標(biāo)準(zhǔn)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(jié)點(diǎn)為用戶提供多流匯聚

異制式的多流匯聚（Inter-RAT MSA）是實(shí)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(dá)到最佳的用戶體驗(yàn)。

在網(wǎng)絡(luò)部署時(shí)，大多數(shù)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的下行業(yè)務(wù)量遠(yuǎn)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(duì)稱的，所以蜂窩網(wǎng)絡(luò)的下行數(shù)據(jù)傳輸更急需增強(qiáng)。此外，由于Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的上行存在更為嚴(yán)重的接入沖突、隱藏終端以及QoS等問題，并且這些問題會(huì)隨著用戶數(shù)目的增加而急劇惡化�；�于上述考慮，華為認(rèn)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(fù)載和干擾狀況等因素，通過在RAN側(cè)新定義的控制實(shí)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(yàn)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(xiàn)有的產(chǎn)品平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了MSA技術(shù)，并在外場成功地驗(yàn)證了網(wǎng)絡(luò)分層和MSA技術(shù)融合所帶來的用戶體驗(yàn)提升，真正實(shí)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

作者：劉菁 曾清海 盧建民 來源：華為技術(shù)