5G COMP技術(shù)原理及部署策略探討

王 慶，張琪璇，堯文彬

（中國移動通信集團設(shè)計院有限公司，北京 100080）

0 引 言

隨著5G大規(guī)模天線技術(shù)的部署，相同組網(wǎng)站間距下5G SSB窄波束較4G覆蓋能力大幅提升，交疊覆蓋區(qū)域進一步增加。同時，考慮5G主要采用同頻組網(wǎng)方式，交疊覆蓋區(qū)域的增加將進一步擴大同頻干擾影響范圍，嚴重影響邊緣區(qū)域用戶體驗，因此降低小區(qū)交疊區(qū)域同頻干擾、提升邊緣用戶體驗是當前5G網(wǎng)絡建設(shè)亟待解決的重要問題[1]。

COMP技術(shù)作為一種可以應對同頻干擾的有效解決方案，在4G網(wǎng)絡中已初步應用，但受交疊區(qū)域面積及終端流數(shù)等影響，COMP技術(shù)收益相對不高[2,3]。隨著5G C-RAN部署比例加大、設(shè)備立體組網(wǎng)（宏宏、宏微、室內(nèi)外）多樣化增加、終端支持流數(shù)翻倍，5G COMP技術(shù)較4G網(wǎng)絡有更大的收益空間[4]。因此，結(jié)合5G網(wǎng)絡特征及COMP技術(shù)特點，研究COMP技術(shù)分場景部署方案是非常有必要的[5]。

1 5G COMP技術(shù)原理分析

5G COMP 包 括 聯(lián) 合 發(fā) 送（Joint Transmission，JT）、聯(lián)合接收（Joint Reception，JR）、協(xié)作波束賦形（Coordinated Beamforming，CBF）、協(xié)作調(diào)度（Coordinated Scheduling，CS）4種技術(shù)，其本質(zhì)是通過多小區(qū)間協(xié)作、聯(lián)合調(diào)度等方式降低交疊區(qū)域同頻干擾，進而提升用戶速率，并提高網(wǎng)絡利用率[6]。

1.1 JT技術(shù)原理

JT技術(shù)通過兩個或者多個小區(qū)協(xié)同向小區(qū)邊緣用戶發(fā)送數(shù)據(jù)方式，使協(xié)作小區(qū)原本可能為干擾的信號轉(zhuǎn)化為有用信號，進而提升交疊區(qū)域用戶邊緣速率[7]。具體地，基站首先基于RSRP、小區(qū)配置（帶寬、頻點、時隙）等因素選取協(xié)作小區(qū)，其次服務小區(qū)和協(xié)作小區(qū)再結(jié)合信道質(zhì)量信息選擇合適的JT傳輸模式進行下行數(shù)據(jù)發(fā)送。當信道質(zhì)量較好時（如SINR值高于5 dB），協(xié)作小區(qū)與服務小區(qū)發(fā)送不同的數(shù)據(jù)信息，充分利用空分資源，進一步提升邊緣用戶速率；當信道質(zhì)量一般時（如SINR值低于5 dB）、協(xié)作小區(qū)與服務小區(qū)發(fā)送相同的數(shù)據(jù)信息，改善信道質(zhì)量，確保用戶體驗。JT技術(shù)原理如圖1所示。

圖1 JT技術(shù)原理

1.2 JR技術(shù)原理

與JT技術(shù)原理相似，JR通過兩個或者多個小區(qū)協(xié)同接收交疊區(qū)域用戶發(fā)送的上行數(shù)據(jù)，使原本可能對協(xié)作小區(qū)造成干擾的上行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為有用數(shù)據(jù)，然后協(xié)作小區(qū)和服務小區(qū)再合并譯碼完成上行數(shù)據(jù)的接收工作[8]。JR技術(shù)原理如圖2所示。

圖2 JR技術(shù)原理

1.3 CBF技術(shù)原理

與JT、JR通過多小區(qū)聯(lián)合發(fā)送、接收方式不同，CBF技術(shù)通過協(xié)調(diào)服務小區(qū)與協(xié)作小區(qū)的波束域資源使得協(xié)作小區(qū)的波束方向偏離服務小區(qū)所需調(diào)度的用戶，或?qū)f(xié)作小區(qū)波束零限對準用戶，進而降低交疊區(qū)域用戶受到鄰區(qū)同頻干擾的影響[9]。以圖3中UE1為例，在接收Cell1發(fā)送的有用下行數(shù)據(jù)時，可能受到Cell2旁瓣波束（虛線波束）干擾，此時需要借助Ce111和Cell2小區(qū)的協(xié)作來改變Cell2波束方向，使得Cell2旁瓣波束零限對準用戶，從而實現(xiàn)Cell2對Cell1波束域同頻干擾的規(guī)避。

圖3 CBF技術(shù)原理

1.4 CS技術(shù)原理

與JT、JR通過多小區(qū)聯(lián)合發(fā)送、接收方式不同，CS技術(shù)通過協(xié)調(diào)服務小區(qū)與協(xié)作小區(qū)的時頻域資源實現(xiàn)交疊區(qū)域用戶干擾管理，即同一時隙上服務小區(qū)調(diào)度用戶的頻域RB資源時，協(xié)作小區(qū)上不再進行相同位置的頻域資源調(diào)度，進而降低邊緣用戶受到鄰區(qū)同頻干擾的影響[10]。以圖4中UE1為例，在接收Cell1發(fā)送的有用下行數(shù)據(jù)時，可能同時收到來自Cell2發(fā)送的下行干擾數(shù)據(jù)，此時通過Ce111和Cell2小區(qū)的協(xié)作，Cell2在當前時隙對應Cell1調(diào)度的RB資源位置開啟RB靜默，不再進行資源調(diào)度，從而實現(xiàn)Cell2對Cell1同頻干擾的規(guī)避。

2 5G COMP技術(shù)分場景部署策略探討

針對JT、JR、CBF、CS這4種技術(shù)，結(jié)合技術(shù)原理、測試情況兩部分分別介紹各技術(shù)對應的分場景部署策略。

2.1 JT技術(shù)分場景部署策略探討

從JT技術(shù)原理（圖1）看，JT技術(shù)需要協(xié)作小區(qū)和服務小區(qū)共同向交疊區(qū)域用戶發(fā)送數(shù)據(jù)，即協(xié)作小區(qū)需要預留部分資源以輔助服務小區(qū)發(fā)送數(shù)據(jù)，因此該技術(shù)更適用于中低負荷場景。

以5G 2.6 GHz頻段為例，選取64TR服務小區(qū)和協(xié)作小區(qū)開展交疊區(qū)域JT技術(shù)性能測試，測試結(jié)果如圖5所示。

圖5 5G 2.6GHz 64T+64T交疊區(qū)JT技術(shù)測試情況

從測試結(jié)果來看，JT功能開啟后邊緣用戶約有10%～45%增益，且服務小區(qū)與協(xié)作小區(qū)電平差值越小則JT功能開啟后性能收益越大，越能體現(xiàn)多小區(qū)協(xié)作發(fā)送優(yōu)勢。結(jié)合理論及測試情況分析，建議當協(xié)作小區(qū)與服務小區(qū)處于中低負荷場景且交疊區(qū)域服務小區(qū)與協(xié)作小區(qū)RSRP值小于一定電平差值（如5 dB）時，可按需開啟JT功能。

2.2 JR技術(shù)分場景部署策略探討

JR技術(shù)原理與JT類似，需要協(xié)作小區(qū)和服務小區(qū)共同接收交疊區(qū)域用戶信息，即協(xié)作小區(qū)需要預留部分資源以輔助服務小區(qū)接收數(shù)據(jù)，因此該技術(shù)也更適用于中低負荷場景。

測試條件與JT技術(shù)相同，依舊選取2.6GHz頻段64TR服務小區(qū)和協(xié)作小區(qū)開展交疊區(qū)域JR技術(shù)的性能測試，測試結(jié)果如圖6所示。

圖6 5G 2.6GHz 64T+64T交疊區(qū)JR技術(shù)測試情況

從測試結(jié)果看，JR技術(shù)開啟后邊緣用戶也有10%～40%增益，且服務小區(qū)與協(xié)作小區(qū)電平差值越小則JR技術(shù)性能增益越大，更能體現(xiàn)多小區(qū)協(xié)作接收優(yōu)勢。結(jié)合理論及測試情況分析，JR技術(shù)與JT技術(shù)部署場景相似，即當協(xié)作小區(qū)與服務小區(qū)處于中低負荷場景且交疊區(qū)域服務小區(qū)與協(xié)作小區(qū)RSRP值小于一定電平差值（如5 dB）時，可按需開啟JR功能。

2.3 CBF技術(shù)分場景部署策略探討

由于CBF技術(shù)無需借助協(xié)作小區(qū)資源進行服務小區(qū)用戶信息的發(fā)送或者接收，因此該技術(shù)部署場景不像JT技術(shù)或JR技術(shù)那樣對小區(qū)負荷有明確要求?？紤]CBF技術(shù)需要將協(xié)作小區(qū)波束方向偏離服務小區(qū)用戶或?qū)f(xié)作小區(qū)波束零限對準服務小區(qū)用戶這一技術(shù)原理，需要確保UE1與UE2的距離較遠且相關(guān)性較弱。

以5G 2.6GHz頻段為例，選取64TR服務小區(qū)和協(xié)作小區(qū)開展交疊區(qū)域CBF技術(shù)性能測試，測試結(jié)果如圖7所示。雖然CBF功能開啟后UE2性能可能略有損失，但整個系統(tǒng)頻譜資源利用率有明顯提升，下行速率提升20%～40%。結(jié)合理論分析及實測數(shù)據(jù)，建議CBF技術(shù)主要部署于協(xié)作小區(qū)與服務小區(qū)用戶間距離較遠且相關(guān)性較弱場景。

圖7 5G 2.6GHz 64T+64T交疊區(qū)CBF技術(shù)測試情況

2.4 CS技術(shù)分場景部署策略探討

雖然CS技術(shù)無需借助協(xié)作小區(qū)資源進行服務小區(qū)用戶信息的發(fā)送或者接收，但由于CS技術(shù)需要犧牲協(xié)作小區(qū)頻域RB資源以換取更高的頻譜利用率，因此需要綜合考慮用戶距離、相關(guān)性、業(yè)務需求等因素進一步細分CS技術(shù)部署場景。具體地，如果兩小區(qū)距離較近、相關(guān)性較強，CBF技術(shù)無法僅通過波束域管理實現(xiàn)干擾規(guī)避，此時需要借助CS技術(shù)通過犧牲協(xié)作小區(qū)部分RB資源方式確保服務小區(qū)用戶性能。同時，還需要滿足CS功能開啟后整個系統(tǒng)頻譜效率有明顯提升，不能為滿足服務小區(qū)業(yè)務需求（小包業(yè)務）而犧牲協(xié)作小區(qū)資源（大包業(yè)務），因此該技術(shù)適用場景可能更為嚴格。

同樣以5G 2.6GHz頻段為例，選取64TR服務小區(qū)和協(xié)作小區(qū)開展交疊區(qū)域CS技術(shù)性能測試，測試結(jié)果如圖8所示。雖然CS功能開啟后用戶RB數(shù)約降了一半，但是整個系統(tǒng)下行速率卻有20%左右收益，提升了小區(qū)吞吐量及網(wǎng)絡利用率。結(jié)合理論分析及實測數(shù)據(jù)，建議CS技術(shù)主要部署于協(xié)作小區(qū)與服務小區(qū)用戶間距離較近且相關(guān)性較強的中高負荷場景。

圖8 5G 2.6GHz 64T+64T交疊區(qū)CS技術(shù)測試情況

綜上所述，5G COMP技術(shù)主要適用于服務小區(qū)與協(xié)作小區(qū)RSRP值相差較近的小區(qū)交疊區(qū)域，提升用戶速率及網(wǎng)絡利用率。對于中低負荷交疊區(qū)域，建議優(yōu)先采用JT技術(shù)將交疊區(qū)域干擾轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)增益，并按需輔以CBF技術(shù)進一步降低干擾，確保用戶下行體驗；對于中低負荷交疊區(qū)域，建議優(yōu)先采用JR技術(shù)將交疊區(qū)域干擾轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)增益，進一步提升上行傳輸速率及網(wǎng)絡利用率；對于交疊區(qū)域，如果用戶間距離較遠、相關(guān)性較弱，建議采用CBF技術(shù)通過將波束零限對準其他用戶方式進行干擾規(guī)避；對于高負荷交疊區(qū)域，如果用戶間距離較近、相關(guān)性較強，建議開啟CS技術(shù)通過犧牲頻域資源方式換取更高小區(qū)吞吐量，確保用戶體驗。

3 結(jié) 論

針對5G C-RAN場景下交疊覆蓋區(qū)域面積較大、小區(qū)邊緣用戶干擾增加等問題，不僅研究了4種5G COMP技術(shù)原理及實現(xiàn)方式，還通過開展外場測試數(shù)據(jù)等給出了不同技術(shù)的分場景部署策略建議，為后續(xù)5G無線組網(wǎng)規(guī)劃提供了理論指導。