多點(diǎn)協(xié)作傳輸技術(shù)綜述

伍爽　韓哲鑫

摘 要 多點(diǎn)協(xié)作傳輸（CoMP）技術(shù)是指通過(guò)基站之間的信息共享來(lái)完成基站之間的信息的協(xié)作，從而更好的抑制小區(qū)之間的干擾。本文在對(duì)CoMP技術(shù)進(jìn)行概述的基礎(chǔ)上，對(duì)其研究意義、傳輸模式、優(yōu)勢(shì)和面臨的挑戰(zhàn)方面對(duì)其進(jìn)行介紹。

關(guān)鍵詞 多點(diǎn)協(xié)作傳輸技術(shù) CoMP

中圖分類號(hào)：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 CoMP技術(shù)產(chǎn)生背景

平坦衰落信道中，多入多出（MIMO）技術(shù)可在不增加帶寬和天線發(fā)送功率的情況下，成倍提高頻譜利用率。另一方面，正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)將信道分成若干正交子信道，在每個(gè)子信道上進(jìn)行窄帶調(diào)制和傳輸，將頻率選擇性信道轉(zhuǎn)化為若干個(gè)平坦衰落信道。因此MIMO-OFDM已被認(rèn)為是新一代無(wú)線通信系統(tǒng)采用的關(guān)鍵技術(shù)。然而，OFDM技術(shù)將小區(qū)內(nèi)用戶數(shù)據(jù)調(diào)制到相互正交的子信道上發(fā)送雖然消除了小區(qū)內(nèi)干擾，但卻無(wú)法有效抑制小區(qū)間干擾。

因此，在基于MIMO-OFDM的LTE-A系統(tǒng)中，如何抑制小區(qū)間的干擾已成為一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。對(duì)于傳統(tǒng)的干擾受限系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，用戶僅由一個(gè)基站為其提供服務(wù)，相鄰小區(qū)的信號(hào)被當(dāng)作干擾信號(hào)，尤其是處于小區(qū)邊緣的用戶，收到來(lái)自其它小區(qū)的干擾特別嚴(yán)重，從而導(dǎo)致邊緣用戶的服務(wù)質(zhì)量較差。協(xié)作多點(diǎn)傳輸技術(shù)將多個(gè)基站協(xié)作，通過(guò)在協(xié)作基站簇之間共享信道狀態(tài)信息和調(diào)度等有用信息，將傳統(tǒng)的干擾受限系統(tǒng)拓展成協(xié)作式無(wú)線電系統(tǒng)。

2 CoMP研究的意義

協(xié)作多點(diǎn)傳輸（CoMP）通過(guò)對(duì)相鄰的基站進(jìn)行協(xié)同，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)接入點(diǎn)的信號(hào)的收發(fā)協(xié)作，可以有效降低干擾、提高系統(tǒng)容量、改善小區(qū)邊界的覆蓋和用戶數(shù)據(jù)速率，特別對(duì)小區(qū)邊界用戶的性能改善十分有效。該技術(shù)僅需有限的基站間信息交互，具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、系統(tǒng)需要較低等優(yōu)勢(shì)。CoMP技術(shù)與其他單基站MIMO技術(shù)的共存和自適應(yīng)模式切換將會(huì)充分發(fā)揮MIMO技術(shù)在各種環(huán)境和業(yè)務(wù)需求下的作用。

協(xié)作多點(diǎn)傳輸技術(shù)相比傳統(tǒng)蜂窩系統(tǒng)，同來(lái)會(huì)引入一些需要進(jìn)一步解決的問(wèn)題主要體現(xiàn)在下述幾個(gè)方面：需要集中調(diào)度和聯(lián)合處理的單元；對(duì)（光纖）傳輸網(wǎng)的要求更高；基帶處理算法的復(fù)雜度和系統(tǒng)開(kāi)銷大大增加；對(duì)多天線的信道估計(jì)算法和導(dǎo)頻設(shè)計(jì)提出挑戰(zhàn)。某些額外的測(cè)量、反饋以及基站間的信令交互是基站協(xié)作CoMP正常工作的前提條件，也是實(shí)現(xiàn)CoMP技術(shù)的潛在的設(shè)計(jì)問(wèn)題，更進(jìn)一步的分析視不同的具體實(shí)施方案而定。

3 CoMP的傳輸模式

根據(jù)協(xié)作基站之間是否進(jìn)行用戶數(shù)據(jù)共享，可以把CoMP技術(shù)分為兩類：一種需要協(xié)作基站之間共享用戶數(shù)據(jù)的，稱為聯(lián)合傳輸（Joint Processing）；另一種是不需要基站共享用戶數(shù)據(jù)的，稱為協(xié)作調(diào)度/波束成型（Coordinated Scheduling），此時(shí)用戶只由單個(gè)基站提供服務(wù)。

3.1 CS/CBF模式

協(xié)作調(diào)度（CS）通過(guò)相鄰多小區(qū)的協(xié)作，利用合理的聯(lián)合調(diào)度算法，對(duì)系統(tǒng)資源有效分配，避免小區(qū)邊緣用戶使用的資源在時(shí)/頻域上的沖突，用戶只由主服務(wù)基站提供服務(wù)。

協(xié)作波束成型（CBF）在多個(gè)基站之間通過(guò)共享的調(diào)度信息，各基站對(duì)服務(wù)用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。CBF與聯(lián)合發(fā)送的區(qū)別在于：CBF中經(jīng)過(guò)預(yù)處理的數(shù)據(jù)由主服務(wù)基站單獨(dú)發(fā)送，而并不由協(xié)作的基站簇共同發(fā)送，這可以大大減小基站間的信息交互。

3.2 JP模式

對(duì)于JP模式來(lái)說(shuō)，協(xié)作簇內(nèi)的基站不僅需要同協(xié)作基站共享信道信息，還需要同協(xié)作基站共享用戶信息。然后，不同的基站根據(jù)共享的用戶和信息信息來(lái)完成對(duì)協(xié)作簇內(nèi)用戶的服務(wù)。協(xié)作簇中的基站可能同時(shí)服務(wù)一個(gè)或多個(gè)用戶。

4 CoMP的優(yōu)勢(shì)

協(xié)作多點(diǎn)傳輸通過(guò)對(duì)部署在相鄰區(qū)域的基站的協(xié)作，可以完成對(duì)多個(gè)接入點(diǎn)信息的收發(fā)進(jìn)行協(xié)調(diào)，通過(guò)基站之間的協(xié)作可以有效的降低小區(qū)邊緣用戶所受到的干擾，提高系統(tǒng)容量、改善小區(qū)邊界的覆蓋和用戶數(shù)據(jù)速率，特別對(duì)小區(qū)邊界用戶的性能改善十分有效。CoMP的優(yōu)點(diǎn)具體體現(xiàn)為：

（1）提升服務(wù)品質(zhì)。即便是在蜂窩邊緣，CoMP技術(shù)也可為手機(jī)到網(wǎng)絡(luò)的上行傳輸提供穩(wěn)定的高傳輸率

（2）CoMP技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中對(duì)于天線的部署和定位上區(qū)別于傳統(tǒng)MIMO方式。在傳統(tǒng)MIMO中，多個(gè)天線被部署在同一地點(diǎn)。而對(duì)于CoMP技術(shù)來(lái)說(shuō)，主要是對(duì)那些被部署在相鄰的多個(gè)地點(diǎn)的基站天線進(jìn)行互聯(lián)。這樣可以使用一個(gè)大容量的基站和若干拉遠(yuǎn)的天線（BBU+RRU）進(jìn)行大范圍的覆蓋，實(shí)現(xiàn)基站資源的共用。

（3）對(duì)多個(gè)接入點(diǎn)的信號(hào)的發(fā)送與接收進(jìn)行緊密協(xié)調(diào)，可以在抑制小區(qū)間干擾的同時(shí)提高有用信號(hào)功率，從而具有降低干擾、提升效率優(yōu)點(diǎn)。

5 CoMP面臨的挑戰(zhàn)

從協(xié)議的設(shè)計(jì)方面看：由協(xié)作引入的基站間交互的信令如何設(shè)計(jì)？協(xié)作的多個(gè)基站與用戶之間的參考信令如何設(shè)計(jì)？FDD系統(tǒng)中下行信道信息如何反饋？

從系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度方面看：CoMP對(duì)（光纖）傳輸網(wǎng)的要求更高、對(duì)調(diào)度器的處理能力要求更強(qiáng)。

綜上，一方面CoMP技術(shù)能從本質(zhì)上提高系統(tǒng)性能，另一方面，為了獲得明顯的CoMP增益系統(tǒng)的計(jì)算復(fù)雜度和精度都需要有大的提升。如何在這兩方面間取得一個(gè)折中，是一個(gè)非?，F(xiàn)實(shí)和亟待進(jìn)一步研究的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

[1] Boon Loong Ng， J. S. Evans， S. V. Hanly， et al， “Distributed Downlink Beamforming With Cooperative Base Stations，” IEEE Trans. on InfoRMation Theory， vol.54， no. 12， pp. 5491 – 5499， Dec. 2008.

[2] V. Spajic， D. Begenisic and D. Savkovic， "Intra eNB UL CoMP： Concepts， performance and field trial results，"？2016 24th Telecommunications Forum （TELFOR）， Belgrade， 2016， pp. 1-4.