MSA：未来无线网络演进的关键技术

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随着无线网络的不断发展，多流汇聚（MSA，Multiple Stream Aggregation）通过采用多制式、多载波和多层网络的深度融合，可以带来500％的边缘吞吐量提升，真正实现无边界网络的理念，使用户无论处于网络的任何位置，都能够享受到高速稳定的数据接入服务，它将成为未来网络演进的关键技术。
       
        智能终端的普及以及移动宽带的迅猛发展，使移动数据业务呈现爆发式增长。业界预计，未来十年，全球移动数据业务量将以指数级增长，这将给当前网络带来前所未有的巨大冲击。
       
        当前网络所面临的挑战
       
        当前网络通常采用单层网络部署，即：不同的无线接入技术（RAT，Radio Access Technology），如GSM、UMTS、LTE和Wi-Fi等，分别进行独立部署和管理，且通过不同的核心网设备接入网络。用户在同一时刻只能与一种RAT中的单个节点进行数据传输，从而导致无线资源利用不充分，网络基础设施重复投资，网络容量无法进一步提升等问题。
       
        虽然HetNet是目前用于提升网络容量的一种典型应用场景，可是随着小站个数的逐渐增多，未来将出现越来越多的“小区边缘”，使得频繁切换、切换失败率增加以及边缘用户的吞吐量降低等现象越来越突出，这些都对用户体验有所影响。因此，移动性、干扰、资源利用率等问题是当前网络所面临的主要挑战。
       
        移动性
       
        随着HetNet的密集部署，小站的个数逐渐增多，频繁切换以及乒乓切换等现象将不断涌现。一般情况下，由于小站天线的部署位置较低，导致小站和宏站的信号传播特性有所不同。随着距离的增加，宏站信号的衰减比较缓慢。小站部署后，虽然小站附近的信号强度明显提升，但是随着离小站距离的增加，信号会出现快速的衰减现象，严重时还将导致用户掉话。
       
        简言之，由于小站信道的快衰特性，以及引入小站所带来的干扰等因素，使得HetNet场景下的切换失败率普遍高于传统同构（仅部署宏站）场景下的切换失败率，尤其以用户从小站切换到宏站时更为明显。
       
        干扰如果小站部署在宏站的覆盖范围之内，因为受到宏站的同频干扰，所以小站的覆盖范围会出现明显的收缩现象，即：小站越靠近宏站，其覆盖范围越小。例如，小站如果部署在宏站的边缘，其覆盖范围可以达到100m以上；而小站如果部署在宏站的中心，则其覆盖范围仅可以达到几十米甚至十几米。此外，因为同频干扰的存在，也会使得用户的吞吐量明显下降。
       
        资源利用率
       
        一般而言，在不同的时间和地理位置，宏站和小站之间总是存在不同业务需求的差异。在传统HetNet场景下，不同站点之间无法进行资源共享，从而导致资源利用不充分，不同站点下的用户体验也有所不同。
       
        宏站因为其覆盖范围大，能够吸附更多的用户，因此，一般而言宏站的负载可能较重，这将导致宏站内用户的吞吐量较低，尤其是宏站的边缘用户，因为距离宏站较远，同时又受到同频小站的干扰，其用户吞吐量就更低。而对小站而言，因为受到覆盖范围的约束，导致其吸附的用户个数不多，负载较轻，所以小站内用户的吞吐量较高。因此，宏站和小站下的用户感受明显不一致。
       
        未来无线网络演进的关键技术——MSA
       
        随着无线网络的不断发展，MSA通过采用多制式、多载波和多层网络的深度融合，可以较好地解决当前网络所面临的移动性支持待提升、干扰问题突出和资源利用率不高等问题，从而极大地提升边缘吞吐量，真正实现无边界网络的理念。
       
        未来无线网络通过采用网络分层和MSA的完美结合，可以使用户无论处于网络的任何位置，都能够享受到高速稳定的数据接入服务，实现超宽带、零等待和无处不在的连接，从而带来高速、高质量以及简单自由分享的业务体验。其中，网络分层是指多层的网络架构，包括Host Layer和Boosting Layer，如图1所示。Host Layer主要用于确保网络覆盖，通过建立Host link来为用户提供信令和数据的传输，提供无处不在的连接，保证可靠的基本用户体验；Boosting Layer主要用于提升网络容量，通过建立Boosting link来为用户提供数据的传输，达到最佳的用户体验。而MSA是有机聚合Host Layer和Boosting Layer的关键技术，通过多个节点为用户提供多流汇聚，进一步提升了用户感受和网络容量，该技术已经被业界广泛认可，并从3GPP R10版本开始逐步被支持，成为当前标准讨论的热点。
       
        RAN侧的网络实体，如BBU pool或者SRC（Single Radio Controller），可作为MSA的集中控制节点，执行统一的控制功能，从而更好地实现网络分层、数据分流以及协调调度等。
       
        Host Layer：保证可靠的基本用户体验
       
        Host Layer能够有效地解决当前网络所面临的移动性和干扰问题。
       
        在同频场景下，Host Layer可采用相同小区ID的网络部署方式，通过不同节点使用相同的物理小区标识（PCI，Physical Cell Identifier），从而避免同频切换；在异频场景下，例如多载波或者多制式场景，Host Layer可使用户总是附着在宏站上，即：无论用户在宏站覆盖范围内如何移动，始终保持用户和宏站之间的Host link存在，从而避免异频切换。
       
        网络分层后，干扰进一步可分为层内干扰和层间干扰。协调调度可用于解决层内干扰，例如：针对干扰敏感用户，Host Layer可以通过协调邻区的调度，降低其所受干扰。时频资源分离可用于解决层间干扰，例如：预留一部分时频资源在Host Layer的不同节点间进行SFN（Single Frequency Network）传输，以达到最佳的覆盖，而其他的时频资源在节点间进行空间复用，以达到最佳的效率。换言之，不同层之间通过保证资源的相互独立，从而降低层间干扰。
       
        Host Layer通过避免切换，保证了用户业务的连续性；通过降低干扰，提升了用户的吞吐量，从而保证了可靠的基本用户体验。
       
        Boosting Layer：提供最佳的用户体验
       
        MSA是有机聚合Host Layer和Boosting Layer的关键技术，针对不同的应用场景又进一步包括：Intra-frequency MSA、Inter-frequency MSA和Inter-RAT MSA.
       
        Intra-frequency MSA：利用多个同频节点为用户提供多流汇聚
       
        在传统HetNet场景下，用户仅能与其单个附着节点进行数据的传输，系统资源无法得到充分利用。而未来网络可通过采用Intra-frequency MSA技术，使得用户可以动态地实现与一个或者多个最佳节点进行数据传输，完成同频节点间的多流汇聚，达到最佳的用户体验。同频MSA中，数据传输节点对用户而言是透明的，即使是在不同小区ID的场景下，也不需要信令的开销，从而最大化利用系统资源，更好地解决当前网络存在的资源利用不充分问题，实现用户体验的一致性。
       
        此外，Intra-frequency MSA还采用了一些先进的算法，可带来200％的边缘吞吐量提升，包括：CS-PC（Coordination Scheduling Power Control），通过协调调度功率控制来实现干扰管理；CLB（Coordination Load Balance），通过自适应协调负载均衡提升频谱效率；CoMP（Coordinated Multi-Point），基于实时的信道变化进行动态节点选择或者联合传输，从而实现业务的负载均衡等。
       
        Inter-frequency MSA：利用多个异频节点为用户提供多流汇聚
       
        在传统HetNet场景下，当用户在宏站和小站之间移动过程中，异频切换将被触发，可能影响用户的体验。而未来网络可通过采用Inter-frequency MSA技术，使得用户总是附着在宏站上，即：始终保持用户和宏站之间存在Host link，并动态选择最佳小站，通过用户和最佳小站之间的Boosting link来对宏站进行数据分流。对用户而言，形成了不同载波间的多流汇聚，进一步提升了用户感受和网络容量。
       
        根据宏站和小站之间backhaul link的时延特性，Inter-frequency MSA又分为两种场景：理想backhaul和非理想backhaul.理想backhaul指的是宏站和小站之间backhaul link的传输时延可以忽略不计，非理想backhaul指的是宏站和小站之间backhaul link的传输时延不可忽略。值得一提的是，非理想backhaul场景下将不同节点不同载波上的数据流进行灵活的汇聚，是3GPP Rel-12标准的核心热点之一，受到业界的广泛关注。
       
        Inter-RAT MSA：利用多个不同制式的节点为用户提供多流汇聚
       
        异制式的多流汇聚（Inter-RAT MSA）是实现不同制式融合方案的关键技术。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融合场景为例。LTE作为Host Layer，用于提供覆盖，保持用户和宏站之间的Host link始终存在，保证可靠的基本用户连接；Wi-Fi作为Boosting Layer，用于容量提升，通过用户和Wi-Fi之间的Boosting link提升传输速率，达到最佳的用户体验。
       
        在网络部署时，大多数数据业务的下行业务量远超过上行，然而蜂窝网络的传输资源基本上是上下行对称的，所以蜂窝网络的下行数据传输更急需增强。此外，由于Wi-Fi网络的上行存在更为严重的接入冲突、隐藏终端以及QoS等问题，并且这些问题会随着用户数目的增加而急剧恶化。基于上述考虑，华为认为，最高效的传输方案是将Wi-Fi主要用于下行数据传输，即：根据信道、网络负载和干扰状况等因素，通过在RAN侧新定义的控制实体SRC，灵活地将蜂窝的Host link上的下行数据分流到Wi-Fi的Boosting link上，从而使得用户的峰值体验成倍提升，同时也可以极大地提升网络容量。
       
        目前，基于上述方案和技术，华为已经利用现有的产品平台实现了MSA技术，并在外场成功地验证了网络分层和MSA技术融合所带来的用户体验提升，真正实现了未来无边界网络的理念。
           
         
       
        图1未来无线网络中网络分层和MSA的融合