CoMP技術介紹

岳勝 常洪濤

【摘要】 在LTE網(wǎng)絡中，為了提升LTE頻譜利用率，CoMP技術將會成為不可或缺的重要技術之一。通過對CoMP技術實現(xiàn)的介紹使得對該技術進行一個全面了解。

【關鍵字】 CoMP LTE-A CS/CB JT

一、簡介

LTE具有高帶寬、低時延、高速率等特點，是移動通信新的發(fā)展方向。由于LTE使用高帶寬（最大20M），全網(wǎng)使用同一頻段，同頻干擾成為LTE主要干擾因素。LTE面臨的最大挑戰(zhàn)是在小區(qū)邊緣，如果在傳輸過程中使用一些協(xié)調(diào)，可以很大的提高這個小區(qū)系統(tǒng)頻譜的使用效率。

CoMP技術的引入將會極大地提升小區(qū)邊緣性能。目前R8/R9的系統(tǒng)中已可實現(xiàn)上行CoMP， 3GPP R11將實現(xiàn)下行站內(nèi)CoMP，并對上行CoMP進行了優(yōu)化。

二、CoMP技術原理

多點協(xié)作傳輸Coordinated Multipoint（簡稱CoMP）是LTE-A定義的一種新技術，該技術現(xiàn)仍處于發(fā)展與標準制定過程中。CoMP技術的實質(zhì)是在不同基站之間通過協(xié)同處理干擾、或者避免干擾、或者將干擾轉(zhuǎn)化為有用信號，為用戶提供更高速率，從而提高網(wǎng)絡的利用率。本質(zhì)上，CoMP技術是MIMO技術在多小區(qū)下的應用，利用空間信道上的差異來進行信號傳輸。（圖1）

CoMP技術引入的主要目的是提升網(wǎng)絡性能特別是對于小區(qū)邊緣用戶的速率。針對于下行鏈路需要通過CoMP動態(tài)協(xié)調(diào)eNode-B之間對某UE數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)用戶速率提升。

根據(jù)參與CoMP處理的小區(qū)是否歸屬于同一eNode-B來區(qū)分，CoMP可以分為同一eNode-B（Intra-eNB）CoMP和不同eNode-B（Inter-eNB ）CoMP兩種方式。

Intra-eNB只需要本基站內(nèi)部各小區(qū)間交互CoMP處理相關的業(yè)務數(shù)據(jù)和控制信息，較易于實現(xiàn)；而Inter-eNB則需要在基站間交互這些信息，主要利用eNode-B之間的X2接口交互信息，對X2接口帶寬有很高要求，時延也比前者更大，目前標準中討論的CoMP方案基本上都是Intra-eNB方式。

下行CoMP在實現(xiàn)方式上可以分成兩大類：多小區(qū)間動態(tài)調(diào)度/波束賦形（CS/CB）和多小區(qū)聯(lián)合處理（Joint processing， JP）。對于上行CoMP實現(xiàn)方式為多小區(qū)聯(lián)合接收（Joint reception）。

2.1多小區(qū)動態(tài)調(diào)度/波束賦形（CS/CB）

使用CS/CB時，某一UE接收數(shù)據(jù)僅由某一服務小區(qū)進行傳輸，具體服務小區(qū)由CoMP算法確定同時由CoMP協(xié)調(diào)其它小區(qū)干擾情況。

CS/CB以犧牲部分頻率選擇性增益為代價，使得小區(qū)間信號發(fā)射的方向錯開，從而減小干擾，提升SINR。同時數(shù)據(jù)僅由某一服務小區(qū)進行傳輸使得對于傳輸需求變化較小。

從CS/CB技術分析可知，該技術對小區(qū)中心和邊緣用戶都適用。（圖2）

2.2多小區(qū)聯(lián)合處理（JP）

使用JP時，UE接收數(shù)據(jù)由處于CoMP的協(xié)作點集合中的每個eNode-B傳輸。JP技術目的是通過多小區(qū)聯(lián)合處理改善UE側接收信號的強度與質(zhì)量，同時需要減少對其它UE的干擾。JP技術又可分為：聯(lián)合傳輸和動態(tài)小區(qū)選擇/靜默。（圖3）

a. 聯(lián)合傳輸（Joint Transmission：JT）：一個UE的數(shù)據(jù)同時在多個點（CoMP協(xié)作集合的一部分或全部點）進行傳輸，通過該技術實現(xiàn)改善接收信號質(zhì)量并實現(xiàn)對其它UE干擾消除。

根據(jù)香農(nóng)定理，只有當SINR很低時，SINR的提升才能帶來吞吐量的大幅度提升且超過RB資源的損失，從而提高單位RB的吞吐量，獲得邊緣用戶的吞吐量提升；而對小區(qū)中心用戶SINR指標較好，通過對SINR提升帶來的吞吐量提升不足以彌補RB資源的損失，因此不能獲得吞吐量增益。

因此，JT只適用于小區(qū)邊緣用戶，而對小區(qū)中心用戶不適用。

b. 動態(tài)小區(qū)選擇/靜默（DCS/Muting）：一個時刻，CoMP協(xié)作點集合中只有一個點傳輸UE的數(shù)據(jù)，其他協(xié)作點不傳輸數(shù)據(jù)或者給其他UE傳輸數(shù)據(jù)。小區(qū)間切換通過高層信令指示，切換的速度較慢，而DCS可以根據(jù)UE上報的RSRP進行快速小區(qū)選擇，使得UE總能找到信號最強的傳輸點，提高發(fā)射和接收性能。Muting的實際使用價值不大，完全可以用JT代替。

因此，DCS只適用于小區(qū)邊緣用戶。同時由于JP需要在數(shù)據(jù)傳輸時需要多個eNode-B同時向UE進行數(shù)據(jù)傳輸，這樣導致對于整體傳輸帶寬要求大于未使用CoMP技術網(wǎng)絡。

三、CoMP技術優(yōu)缺點

雖然LTE CoMP技術是一個復雜技術，但是它給LTE網(wǎng)絡帶來很多的好處：

提升無線資源利用率：終端同時由多個基站服務，通過CoMP可以選擇最好小區(qū)為終端提供服務，實現(xiàn)最小資源最大速率體驗，從而有效提升無線資源利用率；

改善小區(qū)間切換性能：由于UE同時與多個小區(qū)保持連接狀態(tài)，這意味著小區(qū)的總體接收能力的提升并將極大地減少掉話情況的發(fā)生；

多基站接收提升接收功率：CoMP使得每個UE與多個基站或小區(qū)相連，通過處理使得UE接收電平得到提升；

干擾消除：使用專門合并技術可以有效利用有用干擾而不是無用干擾，從而降低小區(qū)間的干擾。

由于LTE速率快，時延短，為了實現(xiàn)各小區(qū)之間的協(xié)調(diào)處理對于各小區(qū)間的時頻同步要求也極其嚴格。對于點與點之間的信息傳遞時延，R8/9/10里的協(xié)調(diào)是基于X2 協(xié)議， 而X2口一般認為是not-so-low-latency（十幾個毫秒）；而CoMP則必須為low-latency（微秒級），因此光纖是標配；且在各點之間的時頻（time-frequency）同步要求上，CoMP（尤其是JT）對同步指標要比R8/9/10里的協(xié)調(diào)嚴格的多（要高一個數(shù)量級左右，如果后者時間同步精度為3us，則CoMP的時間同步精度要達到0.3us，才能使得JT成為可能）。較高的時頻同步要求需要將BBU集中放置并使用GPS同步

四、總結

CoMP具有提升整體頻譜利用率、改善小區(qū)間切換性能、提升UE接收功率和干擾消除等優(yōu)點，同時由于其對時頻同步要求較高導致要求較高的網(wǎng)絡配置要求（BBU集中放置并使用GPS同步）。CoMP技術的復雜性使得至今該技術仍未晚善。在網(wǎng)絡部署中，需要根據(jù)網(wǎng)絡需求情況合理選擇CoMP技術方式，實現(xiàn)網(wǎng)絡性能的最大提升，滿足用戶的實際需求。