上行增強之PUSCH覆蓋增強方法

費佩燕 王飛 常歡

摘 要：本文針對現(xiàn)實網(wǎng)絡(luò)中上行傳輸出現(xiàn)的問題，通過對發(fā)射分集、預編碼、重復上發(fā)、多天線接收等不同上行增強進行深入分析，給出各個不同上行傳輸方式的特點，為相關(guān)領(lǐng)域的科技人員提供有益的信息參考。

關(guān)鍵詞： PUSCH;上行增強;多天線;預編碼

Abstract： This article shows problems of uplink transmission and provides some solutions to solve theproblems.The solutions are diversity transmission， precoding， repetition，multi-antenna receiver，and so on.Shows advantages and disadvantages of these solutions. Provide references to technology staf's of relativefields.

Keyword： PUSCH; Uplink enhancement; multi-antenna; precoding

1.引言

無線系統(tǒng)中，影響上行覆蓋因素有：基站接收解調(diào)門限、UE發(fā)射功率、傳播損耗，以及數(shù)據(jù)多次傳輸積累能量（ bundling）等因素。

基站接收門限因素包括：基站接收天線數(shù)、解調(diào)算法（ 是否采用先進接收機算法〉，屬于產(chǎn)品實現(xiàn)技術(shù)。

傳播損耗因素包括：工作頻段、傳播距離、信道衰落、基站接收天線增益和安裝高度、UE發(fā)射天線增益和安裝高度。

UE發(fā)射功率是終端最大發(fā)射功率，為了支持上行覆蓋增強，標準團隊已推動特定頻段支持26、33dBm最大發(fā)射功率進標準：

NR在Rel-15引入SUL技術(shù)擴展上行傳輸能力，是從傳播損耗（工作頻段）入手，考慮上行覆蓋不足時改用傳播特性更好的低頻頻譜。

從物理層考慮，可以從增加端口數(shù)、預編碼、重復發(fā)送、增加編碼冗余、增加接收端的接收天線、增加子載波間隔等，來實現(xiàn)上行增強：

從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)考慮，采用SUL技術(shù)來實現(xiàn)上行傳輸增強。

2.上行增強技術(shù)

無線通訊技術(shù)中的上行增強技術(shù)有多種，以下就各種增強技術(shù)進行分析。

2.1發(fā)射分集

發(fā)射分集技術(shù)是無線通訊中常見的技術(shù)，發(fā)射分級技術(shù)適用于多端口上發(fā)。

發(fā)送天線端口越多，能達到性能的覆蓋距離越大。

下面表1是單天線發(fā)送和發(fā)射分集的一個仿真，通過仿真數(shù)據(jù)，可以看到發(fā)射分集技術(shù)帶來的性能增益。

同時，也可以從表1看到，天線端口數(shù)的增加和性能增益并沒有呈現(xiàn)出正比。也就是說，通過增加端口數(shù)的方式來增加覆蓋的方法，能改善的覆蓋距離是相對有限的。

2.2預編碼

LTE預編碼技術(shù)在4G的UL PUSCH中的已經(jīng)有使用。其目的是通過預編碼處理過程，來提升數(shù)據(jù)在不同天線端口發(fā)送的正交性，以提升數(shù)據(jù)在接收端的數(shù)據(jù)解調(diào)正確率，降低BLER。

5G的上行傳輸如果采用多端口數(shù)據(jù)傳輸，可以考慮采用預編碼技術(shù)。

上行預編碼技術(shù)應用的前提是，需要上行有輔助的RS信號上發(fā)給基站，且輔助RS需要在各個端口都上發(fā)，也可以選擇輪發(fā)，以供基站評估預編碼信息，下發(fā)給UE使用，否則預編碼處理無法完成。

另外，預編碼應用的性能好壞，和基站評估的預編碼矩陣的準確性息息相關(guān)。

從圖中可以看到，隨著信道質(zhì)量變差，預編碼帶來的增益在減弱。

2.3重復上發(fā)

重復發(fā)送是一種常見的增強覆蓋方法，在上下行都有repeatition技術(shù)的使用，如下行廣播信息的下發(fā)PBCH， MTC技術(shù)中為增強覆蓋而使用的repeatitin方法。

在5G上行增強技術(shù)中，可以繼續(xù)采用repeatition這種技術(shù)，來增加PUSCH信道的覆蓋，重復的次數(shù)可以設(shè)計為高層可配置。

重復傳輸?shù)牧觿菔?，會帶來比較大的數(shù)據(jù)時延，在用戶對于數(shù)據(jù)時延要求不高，但對上行傳輸可靠性要求高的前提下，可采用此技術(shù)。

2.4多天線接收

在無線通信系統(tǒng)中，接收天線越多，接收到的信號越強，越有利于信號解調(diào)。如LTE系統(tǒng)中，4天線接收性能好于2天線接收約3db， 8天線接收性能好于4天線接收性能約3db.

在5G上行增強技術(shù)中，接收端天線是多天線，接收天線可能會是只用了部分天線，此時，可以考慮啟用未使用的天線，通過增加接收天線數(shù)目的方式來增強上行覆蓋。

下面表2是我們就相同傳輸模式下，不同接收天線進行的-一個性能比較，從比較結(jié)果看，增加物理天線數(shù)的方法，能大大改善數(shù)據(jù)接收的性能，改善上發(fā)數(shù)據(jù)的覆蓋范圍。

2.5增加編碼冗余（降低編碼率）

增加編碼冗余即就是在數(shù)據(jù)傳輸時，采用低的編碼率，來獲得更多的信息冗余，以提高接收端信息接收的準確率。

編碼冗余方法與重復方法相似，只是重復是在編碼過程中進行，而不是在物理發(fā)射過程中進行。

此方法的劣勢是，傳輸數(shù)據(jù)會占用比較多的時頻資源。在資源充足的前提下，可考慮采用此技術(shù)來實施上行增強傳輸。

2.6增大子載波間隔

增大子載波間隔進行數(shù)據(jù)傳輸，可以增加數(shù)據(jù)傳輸過程中抗頻偏的能力，從而提高接收端數(shù)據(jù)接收的性能，間接起到增加覆蓋的作用。

大的子載波間隔，在高速傳輸場景下，其對數(shù)據(jù)解調(diào)的優(yōu)勢表現(xiàn)較低速傳輸場景更為明顯。

2.7 SUL

上行補償傳輸（SUL）是最新NR傳輸技術(shù)提出來的新的上行增強技術(shù)。其上行增強效果顯著，但是需要網(wǎng)絡(luò)間有更高的協(xié)作能力，實現(xiàn)復雜度比其它上行增強技術(shù)高，實現(xiàn)成本相對也高。

在SUL技術(shù)不可實施情況下，可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實際需求，對應采用其它上行增強技術(shù)，以達到提升.上行性能的效果。如果SUL技術(shù)可以實施，建議還是要首選SUL技術(shù)來增強上行。

3.小結(jié)

本文對發(fā)射分集、重復發(fā)送、增加編碼冗余、預編碼、多天線接收、SUL等技術(shù)進行了深入分析，這些技術(shù)都可達到上行數(shù)據(jù)傳輸覆蓋增強的效果，從對各個增強技術(shù)的分析可知，每一種增強方法，都有其優(yōu)缺點，有的耗費資源，有的實現(xiàn)復雜度高，有的增強有效果，但增強的量有限，實際應用中，可視應用對象，可折中考慮，使得增強方法更好的服務(wù)受眾。

參考文獻

[1] 3GPP TS 36.101 ，"User Equipment（UE） radio transmission and reception，'Technical Specification， TS 36. 101，Technical Specification Group Radio AccessNetwork， March 2015.

[2] Nokia Siemens Networks，"PUSCH simulation assumptions，" Work ItemR4-080302， 3GPP TSG RAN WG4，Meeting #46，F(xiàn)ebruary 2008

[3] 3GPP ts 36.104 V8.5.0，"Base Station（BS） radiotransmissionandreception，" Technical Specification TS 36. 104 v8.5.0，Technical SpecificationGroup Radio Access Network， December 2009.