丁美玲

（中興通訊股份有限公司上海研發(fā)中心，上海 201203）

TD-LTE系統(tǒng)中下行協(xié)同技術(shù)研究及其測試*

丁美玲

（中興通訊股份有限公司上海研發(fā)中心，上海 201203）

根據(jù)技術(shù)研究和在TD-LTE商用網(wǎng)絡(luò)中的外場試驗(yàn)，提出了以協(xié)作多點(diǎn)傳輸（CoMP）技術(shù)為基礎(chǔ)的小區(qū)間下行協(xié)同技術(shù)。該技術(shù)可以在不改變現(xiàn)有基站和傳輸部署的前提下，通過IP互聯(lián)有效地提升小區(qū)邊緣用戶的吞吐量，并增強(qiáng)用戶體驗(yàn)，最終達(dá)成提升TD-LTE產(chǎn)業(yè)競爭力的目標(biāo)。

TD-LTE 協(xié)作多點(diǎn)傳輸 下行協(xié)同 用戶感知

10.3969/j.issn.1006-1010.2015.03.034

1 引言

依照香農(nóng)定理，信道容量與信噪比有關(guān)。為提升業(yè)務(wù)的信噪比，業(yè)界對于移動(dòng)通信系統(tǒng)中不同小區(qū)間的同頻干擾采取了多種形式的方案，如功率控制、擴(kuò)頻通信、軟切換、聯(lián)合檢測等。對于LTE系統(tǒng)，3GPP在R8階段開始引入ICIC（Inter-Cell Interference Coordination，小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)）技術(shù)，之后在R10階段開始引入CoMP（Coordinated Multiple Points，協(xié)作多點(diǎn)傳輸）技術(shù)[1-3]。

隨著智能手機(jī)、平板電腦得到規(guī)模應(yīng)用，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)也進(jìn)入了新的階段，用戶對于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的感知要求逐步提升，而研究表明網(wǎng)絡(luò)下行吞吐量需要達(dá)到2Mbps甚至5Mbps以上，用戶才能夠獲得較好的體驗(yàn)，盡管在文獻(xiàn)[4]中對于上行CoMP進(jìn)行了研究和試驗(yàn)，但下行CoMP則面臨更強(qiáng)的緊迫性。另一方面，TDLTE系統(tǒng)是時(shí)分雙工的寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)，單載波資源少于LTE FDD系統(tǒng)，那么TD-LTE系統(tǒng)相比后者在用戶感知層面會(huì)面臨更大的挑戰(zhàn)。因此，下行協(xié)同技術(shù)就顯得更為重要。

2 下行協(xié)同技術(shù)研究

LTE中的CoMP技術(shù)本質(zhì)上是MIMO技術(shù)在多小區(qū)間的應(yīng)用，其基本原理如圖1所示，即通過多小區(qū)之間的干擾處理來實(shí)現(xiàn)同頻組網(wǎng)下小區(qū)間干擾的規(guī)避或消除。根據(jù)3GPP對CoMP技術(shù)的分類，下行CoMP技術(shù)主要是指JT（Joint Transmission，聯(lián)合發(fā)送）。

圖1 CoMP原理圖

標(biāo)準(zhǔn)中的CoMP技術(shù)以小區(qū)間具備理想的傳輸條件為基礎(chǔ)，而目前基站的部署方式主要是分布式部署。另一方面，仿真表明站間邊緣用戶比例為站內(nèi)邊緣用戶比例的3倍以上，這就迫使需要克服傳輸帶寬和時(shí)延的限制，從而在不改變現(xiàn)有基站和傳輸部署的前提下達(dá)成小區(qū)間協(xié)同的目標(biāo)。為此，對現(xiàn)有的站間傳輸情況進(jìn)行了摸底測試，結(jié)果如圖2所示：

圖2 不同站點(diǎn)間的時(shí)延

測試結(jié)果表明站間IP傳輸時(shí)延在2ms以內(nèi)，如果再考慮減少站間傳輸帶寬的占用，則全網(wǎng)基于IP傳輸?shù)男^(qū)間協(xié)同就成為可能。

JT中參與協(xié)作的小區(qū)將需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分別進(jìn)行預(yù)編碼處理后再發(fā)送，相同的信息經(jīng)過不同的信道在接收端形成多徑合并，從而有效利用不同信道提供的分集增益，提高信號的接收質(zhì)量和性能。下行協(xié)同技術(shù)原理如圖3所示：

圖3 下行協(xié)同技術(shù)原理圖

在協(xié)作過程中，JT涉及到用戶下行原始信息向協(xié)作小區(qū)的傳送，可以采用提前調(diào)度的方法預(yù)消除傳輸時(shí)延的影響，從而滿足LTE的時(shí)序要求。另一方面，盡管可以僅傳遞硬比特信息，但JT仍然可能需要較大的站間傳輸帶寬，如對10M業(yè)務(wù)吞吐量的用戶進(jìn)行不同基站的小區(qū)間JT，站間的傳輸帶寬必須在10M以上，通過傳輸互聯(lián)的基站間有可能不具備這一條件。

如果在JT過程中省去用戶數(shù)據(jù)在站間傳輸?shù)倪^程，并且協(xié)作的鄰區(qū)為了避免干擾對所請求的資源不進(jìn)行發(fā)送，從而降低對目標(biāo)用戶的干擾，該技術(shù)稱為CS（Coordinated Scheduling，協(xié)作調(diào)度），此時(shí)小區(qū)間只需要交互少量的調(diào)度信息，且兼容R8/R9終端。

假定用戶接收到本小區(qū)信號為S，接收到主干擾鄰區(qū)的噪聲為Icoordi，接收到其余干擾小區(qū)的噪聲為Iother，而熱噪聲為N0，則在不打開小區(qū)間協(xié)同技術(shù)時(shí)：

在采用CS技術(shù)之后，主干擾鄰區(qū)相應(yīng)的物理資源不發(fā)送，則：

在采用JT技術(shù)之后，主干擾鄰區(qū)對用戶協(xié)作發(fā)送，在僅考慮功率增益的前提下有：

由此可見，JT和CS技術(shù)對于信噪比的提升是非常可觀的。而通常情況下，主干擾鄰區(qū)與本小區(qū)的PCI模3不等，即本區(qū)的CRS與鄰區(qū)的部分Data占用相同的時(shí)頻資源，相關(guān)的增益分析需要依賴于仿真研究。

假定用戶接收到的本小區(qū)和鄰小區(qū)信號功率相等，從圖4的鏈路仿真來看，無論是JT還是僅單小區(qū)發(fā)送的CS相比兩小區(qū)分別為本小區(qū)用戶服務(wù)均能夠帶來明顯的增益，并且在主干擾鄰區(qū)與本小區(qū)PCI模3不等的情況下，CS相比JT在高信噪比區(qū)域更具優(yōu)勢。因此，JT和CS自適應(yīng)是最優(yōu)的選擇。

圖4 下行協(xié)同技術(shù)的仿真曲線

3 下行協(xié)同技術(shù)驗(yàn)證

在與廣東移動(dòng)基于試驗(yàn)網(wǎng)進(jìn)行技術(shù)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上[5]，中興通訊與福建移動(dòng)進(jìn)一步開展了基于商用網(wǎng)的技術(shù)試驗(yàn)，交叉推進(jìn)小區(qū)間協(xié)同技術(shù)的驗(yàn)證和商用。所選定的測試區(qū)域位于泉州市華僑大學(xué)內(nèi)，并基于現(xiàn)有的基站和傳輸部署。測試環(huán)境和測試站點(diǎn)如圖5所示，其中紅色圈注的站點(diǎn)為本次測試的主測試站點(diǎn)。

3.1 多小區(qū)場景下行協(xié)同技術(shù)驗(yàn)證

驗(yàn)證場景如圖6所示，主測小區(qū)334接入10個(gè)UE，按照信號好/中/差點(diǎn)的放置比例為4:3:3。主測小區(qū)有5個(gè)鄰區(qū)，分別為小區(qū)335、333、117、267和479，這些鄰區(qū)每小區(qū)中各放置1個(gè)中心UE和1個(gè)與主測小區(qū)相鄰的邊緣UE，其余周邊小區(qū)進(jìn)行70%的模擬加載。為示區(qū)別，圖6中主測小區(qū)334的UE垂直擺放，其它小區(qū)的UE傾斜擺放，與UE的實(shí)際擺放狀態(tài)無關(guān)。

圖5 測試站點(diǎn)分布

圖6 多小區(qū)場景終端放置示意圖

所有的UE均進(jìn)行滿buffer的FTP下載業(yè)務(wù)，構(gòu)造本小區(qū)和鄰區(qū)均滿負(fù)荷的極限場景。測試過程中，首先關(guān)閉小區(qū)間協(xié)同并記錄用戶的平均吞吐量，然后打開小區(qū)間協(xié)同并進(jìn)行相同的操作，記錄的邊緣用戶平均吞吐量對比如圖7所示。

此外，在開啟下行協(xié)同之后，所有小區(qū)總吞吐量由180.69Mbps變?yōu)?76.80Mbps。通過對測試數(shù)據(jù)的分析，可得：

（1）邊緣用戶吞吐量最高提升137.5%，主測小區(qū)3個(gè)邊緣用戶吞吐量提升83.7%；

（2）主測小區(qū)334負(fù)荷較重，周圍其它小區(qū)邊緣用戶的協(xié)作請求未能完全滿足，如鄰區(qū)4和鄰區(qū)5的邊緣用戶基本沒有獲得協(xié)作機(jī)會(huì)，但全部的8個(gè)邊緣用戶吞吐量仍提升41.8%；

（3）所有小區(qū)的總吞吐量基本持平。

在真實(shí)網(wǎng)絡(luò)中，鄰區(qū)一般都是非滿負(fù)荷，此時(shí)由于鄰區(qū)具備空閑的資源，除了邊緣用戶的吞吐量能夠得到提升之外，整網(wǎng)的吞吐量也能夠得到有效提升。

3.2 干擾復(fù)雜場景下行協(xié)同技術(shù)驗(yàn)證

圖7 多小區(qū)場景邊緣用戶在下行協(xié)同開啟前后的吞吐量對比

驗(yàn)證場景如圖8所示，主測小區(qū)117有2個(gè)鄰區(qū)，分別為共站小區(qū)333和334，而主測小區(qū)117與小區(qū)333和334不共站。上述3個(gè)小區(qū)每個(gè)小區(qū)中各放置1個(gè)中心UE，主測小區(qū)117另外接入2個(gè)邊緣UE，且這2個(gè)邊緣UE位于3個(gè)小區(qū)的交疊處。為示區(qū)別，圖8中主測小區(qū)117的UE垂直擺放，其它小區(qū)的UE傾斜擺放，與UE的實(shí)際擺放狀態(tài)無關(guān)。

圖8 干擾復(fù)雜場景終端放置示意圖

所有的UE均進(jìn)行滿buffer的FTP下載業(yè)務(wù)，構(gòu)造本小區(qū)和鄰區(qū)均滿負(fù)荷的極限場景。測試過程中，首先關(guān)閉小區(qū)間協(xié)同并記錄用戶的平均吞吐量，然后打開小區(qū)間協(xié)同并進(jìn)行相同的操作，記錄的邊緣用戶平均吞吐量對比如圖9所示。

此外，在開啟下行協(xié)同之后，所有小區(qū)總吞吐量由70.6Mbps變?yōu)?8.7Mbps。通過對測試數(shù)據(jù)的分析，可得：

（1）對于邊緣用戶，CS增益為80%~100%，而JT的增益達(dá)2~6倍；

（2）在采用下行協(xié)同技術(shù)之后，由于邊緣用戶使用更少的資源即可以滿足更好的業(yè)務(wù)質(zhì)量，使得3個(gè)中心用戶的總吞吐量提升25.6%。

由此可見，JT對干擾復(fù)雜場景的價(jià)值明顯，但需要傳輸資源的配合，因此JT和CS自適應(yīng)是最佳的選擇。

圖9 干擾復(fù)雜場景邊緣用戶在下行協(xié)同開啟前后的吞吐量對比

4 結(jié)束語

CoMP是LTE-A用于提升用戶感知的核心技術(shù)，但小區(qū)間需要基于理想的傳輸條件限制了其應(yīng)用的場景，本文以CoMP為基礎(chǔ)提出了不改變現(xiàn)有基站和傳輸部署的小區(qū)間下行協(xié)同技術(shù)。通過研究和驗(yàn)證表明，基于IP傳輸?shù)男^(qū)間下行協(xié)同技術(shù)為TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量提升提供了可實(shí)施的方案，并可以有效提升小區(qū)邊緣用戶的吞吐量，增強(qiáng)用戶體驗(yàn)，最終達(dá)成提升TD-LTE網(wǎng)絡(luò)競爭力的目標(biāo)。

[1] 3GPP TR 36.819 V11.1.0. Coordinated Multi-Point Operation for LTE Physical Layer Aspects[S]. 2011.

[2] 魯維民,魏守明. CoMP中聯(lián)合傳輸技術(shù)的研究[J]. 通信技術(shù), 2012(9): 109-111.

[3] Sawahashi M, Kishiyama Y, Morimoto A, et al.Coordinated Multipoint Transmission/Reception Techniques for LTE-Advanced[J]. IEEE Wireless Communications, 2010(3): 26-34.

[4] 王啟星,何麗峰,鄭毅,等. LTE網(wǎng)絡(luò)上行CoMP方案研究與外場試驗(yàn)[J]. 電信科學(xué), 2013(5): 51-56.

[5] 林二維,丁美玲. TD-LTE系統(tǒng)中下行CoMP技術(shù)研究及其驗(yàn)證[J]. 移動(dòng)通信, 2014(18): 33-36.

Research and Test on Downlink CoMP Technique in TD-LTE System

DING Mei-ling

(Shanghai R&D Center, ZTE Corporation, Shanghai 201203, China)

According to the technical research and outfield experiment in TD-LTE commercial network, downlink coordination between cells based on coordinated multiple points (CoMP) technique is presented in this paper. Without changing the deployment of existing base stations and transmission equipments, it can improve the throughput of the users at the cell boundary, enhance the quality of experience and improve the competitiveness of TD-LTE industry.

TD-LTE coordinated multiple points downlink coordination user perception

TN929.533

A

1006-1010(2015)03-0157-04

丁美玲. TD-LTE系統(tǒng)中下行協(xié)同技術(shù)研究及其測試[J]. 移動(dòng)通信, 2015,39(3/4): 157-160.

國家科技重大專項(xiàng)資助項(xiàng)目（2012ZX03001008）

2014-11-20

袁婷 yuanting@mbcom.cn

丁美玲：博士畢業(yè)于浙江大學(xué)信息與電子工程學(xué)系，現(xiàn)任中興通訊股份有限公司上海研發(fā)中心一級主任工程師，主要從事移動(dòng)通信系統(tǒng)的研發(fā)工作。