LTE-A中的 CoMP技術(shù)應(yīng)用方案

秘俊杰，艾秀青，陳新，高明皓

（中國移動通信集團設(shè)計院有限公司河北分公司，石家莊 050021）

LTE-A中的 CoMP技術(shù)應(yīng)用方案

秘俊杰，艾秀青，陳新，高明皓

（中國移動通信集團設(shè)計院有限公司河北分公司，石家莊 050021）

LTE-A中的CoMP技術(shù)能夠有效抑制小區(qū)間干擾。本文根據(jù)CoMP技術(shù)特點，分析了其應(yīng)用場景和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，提出了CoMP技術(shù)應(yīng)用方案，并進行了測試驗證。最后，探討了CoMP技術(shù)應(yīng)用存在的問題并給出組網(wǎng)建議。

CoMP；小區(qū)間干擾；小區(qū)邊緣；應(yīng)用方案

TD-LTE實際組網(wǎng)中，為了獲得更高的頻譜效率，一般采用同頻組網(wǎng)，導致位于小區(qū)邊緣的用戶將接收到來自相鄰小區(qū)的同頻干擾，嚴重限制了邊緣用戶的吞吐量和服務(wù)質(zhì)量。然而隨著網(wǎng)絡(luò)覆蓋和容量需求日益增強，站址越來越密集，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越來越復雜，同頻干擾問題變得更加復雜。LTE-A中增加了協(xié)作多點傳輸（CoMP）技術(shù)，通過利用多小區(qū)間時頻域、空域、功率域資源，在不損失平均吞吐量的同時規(guī)避同頻干擾，保證小區(qū)用戶，特別是小區(qū)邊緣用戶的感知，進而提升系統(tǒng)的整體性能。

CoMP技術(shù)從產(chǎn)生到部署到商用網(wǎng)絡(luò)中已經(jīng)有一段時間，為了更好研究和應(yīng)用CoMP技術(shù)，本文從技術(shù)原理層面分析了CoMP技術(shù)的應(yīng)用場景和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，提出了CoMP技術(shù)應(yīng)用方案，以高校作為典型場景進行應(yīng)用方案的測試驗證。最后，探討了應(yīng)用中存在和面臨的問題，并給出了組網(wǎng)建議。

1 CoMP技術(shù)分析

從無線鏈路方向上，CoMP技術(shù)分為下行CoMP和上行CoMP。從應(yīng)用架構(gòu)類型上，CoMP可以分為同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

1.1 CoMP技術(shù)應(yīng)用場景分析

密集組網(wǎng)條件下，下行CoMP在PDSCH信道下行同頻干擾較強的組網(wǎng)場景下，可以采用多個小區(qū)聯(lián)合發(fā)送（JT）、多個小區(qū)波束協(xié)調(diào)（CBF）、多個小區(qū)選擇發(fā)送（DCS）等方式，靈活使用多個小區(qū)的時頻資源、空間資源、功率控制等方式，增加有用信號功率和減輕小區(qū)間干擾角度，在不降低小區(qū)平均吞吐量的情況下，提升小區(qū)邊緣覆蓋和邊緣用戶的下行吞吐量，提升網(wǎng)絡(luò)切換成功率以及減少因切換造成的吞吐量下降。如表1所示，給出了下行CoMP技術(shù)應(yīng)用場景。

表1 CoMP技術(shù)應(yīng)用場景

圖1 CoMP技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖

上行CoMP采用了多點聯(lián)合接收方案，在小區(qū)邊緣，利用相鄰小區(qū)的天線對某一個用戶的發(fā)送信號進行聯(lián)合接收，獲得多天線的信號合并增益或干擾抑制增益。通過提高MCS、降低上行初傳失敗的TB數(shù)進而有效提升站內(nèi)小區(qū)上行平均吞吐率和小區(qū)邊緣用戶上行平均吞吐率，邊緣用戶上行平均吞吐率的提升意味著網(wǎng)絡(luò)上行覆蓋性能更佳。

1.2 應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分析

同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分為基站內(nèi)小區(qū)之間的協(xié)作和基站間不同小區(qū)之間的協(xié)作兩種類型。對于相同基站下不同小區(qū)間的協(xié)作的場景，不同的扇區(qū)屬于同一個基站，數(shù)據(jù)和解調(diào)信息通過同一個基站進行交換，不需要回程連接，所以定時和同步信號相對容易控制，且效率較高，能夠改善小區(qū)邊緣用戶吞吐量和增加系統(tǒng)吞吐量。對于基站間不同小區(qū)間協(xié)作的場景，小區(qū)之間通過X2接口傳遞信息。此時，用戶可以通過不同的小區(qū)進行覆蓋，將具有更高的系統(tǒng)吞吐量。

異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是指宏基站小區(qū)和低功率站點之間的協(xié)作。通常由基帶單元（BBU）和多個遠端無線單元（RRH）組成，BBU可以同時管理聚集在同一地點的不同無線站點，從而降低站點成本和緩解站點維護。此種網(wǎng)路結(jié)構(gòu)有利于降低協(xié)作信息傳遞時延，改善CoMP協(xié)作效率并提高了系統(tǒng)容量。如圖1所示， CoMP技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖。

2 CoMP技術(shù)應(yīng)用方案

CoMP技術(shù)能夠提升小區(qū)邊緣SINR和覆蓋率，作為一項新技術(shù)，CoMP技術(shù)在應(yīng)用中面臨一些挑戰(zhàn)，需要良好應(yīng)用方案，才能有效應(yīng)用到LTE-A網(wǎng)絡(luò)中，發(fā)揮性能優(yōu)勢。

考慮到CoMP技術(shù)的特點，在同頻干擾較大的區(qū)域，如密集城區(qū)和一般城區(qū)，考慮應(yīng)用CoMP技術(shù)。在郊區(qū)和農(nóng)村等基站間距較大的場景下，不建議應(yīng)用CoMP技術(shù)。同時，需考慮在業(yè)務(wù)較大的場景下，需降低信令開銷的指導進行參數(shù)優(yōu)化，以減少A3測量上報帶來的信令處理開銷的影響。

在選擇CoMP集中控制節(jié)點時，優(yōu)先選擇業(yè)務(wù)負載較低、X2接口傳輸時延較小的基站。在選擇小區(qū)集時，需確保小區(qū)集內(nèi)小區(qū)用戶受到的鄰區(qū)干擾盡可能來自本小區(qū)集內(nèi)的小區(qū)，受到的小區(qū)集間干擾盡可能最小。建議分析小區(qū)地理位置分布情況以及傳輸時延等參數(shù)，將地理位置靠近、各小區(qū)到集中控制節(jié)點的傳輸時延較小的小區(qū)規(guī)劃在一個簇內(nèi)。

2.1 基站內(nèi)基帶板內(nèi)CoMP應(yīng)用方案

對于8T8R基站，同基站內(nèi)的3個同頻小區(qū)組成簇?；贏3上報觸發(fā)CoMP UE判斷和協(xié)作小區(qū)選擇JT、CBF、DCS技術(shù)方案。具體方案如圖2所示，UE1為JT用戶，UE2為CBF用戶；而UE4為協(xié)作UE，為CBF用戶進行波束避讓；UE3為非CoMP用戶。

圖2 基站內(nèi)基帶板內(nèi)CoMP應(yīng)用方案

對于2T2R三扇區(qū)基站，由于JT和CBF技術(shù)都需要支持波束賦形，而2T2R無法支持波束賦形，所以此場景下只有DCS可以使用。但是DCS只在小區(qū)輕載場景下使用，否則會帶來小區(qū)吞吐量的顯著下降，所以2T2R場景不建議使用CoMP技術(shù)，可以采用ICIC等其它干擾抑制技術(shù)。

圖3 基站內(nèi)基帶板間或基站間CoMP應(yīng)用方案

2.2 基站內(nèi)基帶板間或基站間CoMP應(yīng)用方案

基站間CoMP包含站間DCS和站間CBF兩種CoMP方式，由于協(xié)作發(fā)生在不同站的各個小區(qū)之間，在集中控制節(jié)點與簇內(nèi)各個小區(qū)交互協(xié)作信息對傳輸時延和傳輸帶寬有較高要求。在輕載場景下站間DCS生效，在重載場景下站間DCS與站間CBF自由選擇。如圖3所示，基站內(nèi)基帶板間或基站間CoMP應(yīng)用方案。

2.3 測試驗證

選擇某高校區(qū)域進行驗證，校園內(nèi)4G用戶較多、業(yè)務(wù)發(fā)展迅速，話務(wù)量不斷攀升。然而，在同頻組網(wǎng)場景下，由于覆蓋區(qū)內(nèi)存在重疊覆蓋較嚴重，采用調(diào)整方向角、下傾角等優(yōu)化方法后，客觀上仍會存在一定重疊覆蓋，位于小區(qū)邊緣的用戶受到來自相鄰小區(qū)的同頻干擾。同時，由于校園內(nèi)業(yè)務(wù)量較大且用戶較集中，同頻干擾問題將更為明顯。考慮通過采用CoMP技術(shù)解決問題，通過提取校園內(nèi)十幾個站點主服務(wù)小區(qū)與相關(guān)鄰小區(qū)RSRP、SINR以及現(xiàn)場測試，選取同頻干擾相對較嚴重的區(qū)域，經(jīng)過篩選其中4個站點進行方案驗證。測試區(qū)域采用基站內(nèi)CoMP應(yīng)用方案，所有覆蓋區(qū)域均開啟上行和下行CoMP，測試結(jié)果如下。

開啟UL CoMP后覆蓋邊緣的上傳速率和SINR都有一定改善，上傳速率從7.8 Mbit/s提升至8.2 Mbit/ s，SINR從 11.1 dB提 升 至15.7 dB；覆蓋好點的上傳速率等指標都無明顯變化，符合CoMP技術(shù)特點。

開啟站內(nèi)DL CoMP后覆蓋邊緣的下載速率和SINR都有一定改善，下載速率從28.5 Mbit/s提升至32.3 Mbit/s，SINR從 12.3 dB提升至18 dB；覆蓋好點的下載速率等指標都無明顯變化，符合CoMP技術(shù)特點。

當?shù)?天開啟CoMP后，無線接通率、無線掉線率，切換成功率均有所提升，其中無線掉線率、切換成功率提升較明顯，如圖4所示。

3 CoMP技術(shù)應(yīng)用

LTE-A系統(tǒng)采用的CoMP技術(shù)可以有效抑制蜂窩網(wǎng)干擾，目前已有相關(guān)外場性能測試的結(jié)果。下行采用CoMP技術(shù)，邊緣用戶吞吐率平均提升約13%，上行采用CoMP技術(shù)，小區(qū)邊緣用戶速率提升4%左右。目前，CoMP在應(yīng)用過程可能面臨一些問題，需要系統(tǒng)設(shè)計解決，以獲得良好的網(wǎng)絡(luò)性能。

圖4 有無CoMP KPI指標對比

3.1 協(xié)作集（簇）間的干擾

CoMP技術(shù)通過多個小區(qū)協(xié)作的調(diào)度來控制降低干擾。協(xié)作小區(qū)集內(nèi)的其它小區(qū)可以利用相同的無線資源塊為不同UE服務(wù)，協(xié)作小區(qū)集內(nèi)各小區(qū)發(fā)送信號需要根據(jù)對其它小區(qū)信號的干擾進行協(xié)調(diào)，盡可能地減少對其它小區(qū)UE的干擾。CoMP技術(shù)雖然能夠良好的抑制小區(qū)間干擾，但CoMP應(yīng)用中需定義服務(wù)小區(qū)、協(xié)作小區(qū)集以及測量小區(qū)集，將引入?yún)f(xié)作集間的干擾，這也是今后CoMP技術(shù)需要解決的問題。因此，制定合理的小區(qū)間協(xié)作準則，盡量避免小區(qū)協(xié)作集間的干擾顯得尤為重要。

3.2 信息反饋

CoMP技術(shù)在提升系統(tǒng)性能同時，也增加了系統(tǒng)設(shè)計復雜度和開銷，如需要信息反饋、信息交互等。對于LTE-A系統(tǒng)，基站所需要的信道信息需要通過終端反饋獲得，并且基站間需要交互這些信道信息，將占用一定資源，造成上行資源的損失以及系統(tǒng)性能的降低。此外，共享信道狀態(tài)等信息需及時的在各個協(xié)作小區(qū)間傳遞，時延過大可能限制CoMP技術(shù)的應(yīng)用。因此，制定高效及時的反饋方案才能較好的發(fā)揮CoMP技術(shù)優(yōu)勢。

3.3 MIMO用戶數(shù)應(yīng)用

單用戶和多用戶MIMO均能有效改善邊緣用戶的性能，但是提升單用戶邊緣用戶性能是以犧牲系統(tǒng)平均的頻譜效率為代價，邊緣用戶性能提升越高，系統(tǒng)平均頻譜效率將損失越大。多用戶不僅能很好的提升邊緣用戶的性能，還能顯著提升系統(tǒng)平均頻譜效率，具有明顯的優(yōu)勢。因此，CoMP技術(shù)應(yīng)用時，需合理設(shè)置單用戶和多用戶應(yīng)用場景，以便改善系統(tǒng)性能。

3.4 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間協(xié)調(diào)

宏基站下的UE位于低功率的RRH周圍，該UE就會接受到RRH的干擾。當RRH應(yīng)用數(shù)量較多的場景，由于RRH覆蓋范圍內(nèi)的UE一般得使用專用頻譜，頻譜利用率嚴重降低，小區(qū)吞吐量降低。因此，需制定合理RRH的功率和頻率控制方案，以避免異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)對UE的干擾。

4 結(jié)束語

CoMP技術(shù)作為LTE-A網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用一項重要技術(shù)，可以抑制小區(qū)間干擾，提高無線頻譜利用率，改善小區(qū)邊緣吞吐量，并在一定程度上改善小區(qū)平均吞吐量，進一步擴大小區(qū)的覆蓋范圍，但在未來應(yīng)用方面存在許多方面需要挖掘和改善。同時，需要指出，考慮到建設(shè)成本因素，在部署CoMP功能時，需要對方案小區(qū)進行一定篩選，達到“精準投資”的效果。本文通過介紹CoMP技術(shù)特點，分析了其應(yīng)用中可能存在的問題，并提出了CoMP技術(shù)應(yīng)用方案并進行了網(wǎng)絡(luò)測試驗證，希望為CoMP技術(shù)應(yīng)用提供借鑒。

Research on the application of CoMP technology in LTE-A

BI Jun-jie, AI Xiu-qing, CHEN Xin, GAO Ming-hao
(China Mobile Group Design Institute Co., Ltd. Hebei Branch, Shijiazhuang 050021, China)

LTE-A CoMP technology can effectively improve inter cell interference. According to the characteristics of CoMP, this paper analyzes its application scenarios and network architecture, and puts forward the application of CoMP technology. Finally, it discusses the problems in the application of CoMP technology and gives suggestions for the network.

CoMP; inter-cell interference; cell edge; application program

TN929.5

A

1008-5599（2016）12-0078-04

2016-09-18