CoMP技術(shù)介紹

岳勝 常洪濤

【摘要】 在LTE網(wǎng)絡(luò)中，為了提升LTE頻譜利用率，CoMP技術(shù)將會(huì)成為不可或缺的重要技術(shù)之一。通過(guò)對(duì)CoMP技術(shù)實(shí)現(xiàn)的介紹使得對(duì)該技術(shù)進(jìn)行一個(gè)全面了解。

【關(guān)鍵字】 CoMP LTE-A CS/CB JT

一、簡(jiǎn)介

LTE具有高帶寬、低時(shí)延、高速率等特點(diǎn)，是移動(dòng)通信新的發(fā)展方向。由于LTE使用高帶寬（最大20M），全網(wǎng)使用同一頻段，同頻干擾成為L(zhǎng)TE主要干擾因素。LTE面臨的最大挑戰(zhàn)是在小區(qū)邊緣，如果在傳輸過(guò)程中使用一些協(xié)調(diào)，可以很大的提高這個(gè)小區(qū)系統(tǒng)頻譜的使用效率。

CoMP技術(shù)的引入將會(huì)極大地提升小區(qū)邊緣性能。目前R8/R9的系統(tǒng)中已可實(shí)現(xiàn)上行CoMP， 3GPP R11將實(shí)現(xiàn)下行站內(nèi)CoMP，并對(duì)上行CoMP進(jìn)行了優(yōu)化。

二、CoMP技術(shù)原理

多點(diǎn)協(xié)作傳輸Coordinated Multipoint（簡(jiǎn)稱CoMP）是LTE-A定義的一種新技術(shù)，該技術(shù)現(xiàn)仍處于發(fā)展與標(biāo)準(zhǔn)制定過(guò)程中。CoMP技術(shù)的實(shí)質(zhì)是在不同基站之間通過(guò)協(xié)同處理干擾、或者避免干擾、或者將干擾轉(zhuǎn)化為有用信號(hào)，為用戶提供更高速率，從而提高網(wǎng)絡(luò)的利用率。本質(zhì)上，CoMP技術(shù)是MIMO技術(shù)在多小區(qū)下的應(yīng)用，利用空間信道上的差異來(lái)進(jìn)行信號(hào)傳輸。（圖1）

CoMP技術(shù)引入的主要目的是提升網(wǎng)絡(luò)性能特別是對(duì)于小區(qū)邊緣用戶的速率。針對(duì)于下行鏈路需要通過(guò)CoMP動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)eNode-B之間對(duì)某UE數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)用戶速率提升。

根據(jù)參與CoMP處理的小區(qū)是否歸屬于同一eNode-B來(lái)區(qū)分，CoMP可以分為同一eNode-B（Intra-eNB）CoMP和不同eNode-B（Inter-eNB ）CoMP兩種方式。

Intra-eNB只需要本基站內(nèi)部各小區(qū)間交互CoMP處理相關(guān)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和控制信息，較易于實(shí)現(xiàn)；而Inter-eNB則需要在基站間交互這些信息，主要利用eNode-B之間的X2接口交互信息，對(duì)X2接口帶寬有很高要求，時(shí)延也比前者更大，目前標(biāo)準(zhǔn)中討論的CoMP方案基本上都是Intra-eNB方式。

下行CoMP在實(shí)現(xiàn)方式上可以分成兩大類：多小區(qū)間動(dòng)態(tài)調(diào)度/波束賦形（CS/CB）和多小區(qū)聯(lián)合處理（Joint processing， JP）。對(duì)于上行CoMP實(shí)現(xiàn)方式為多小區(qū)聯(lián)合接收（Joint reception）。

2.1多小區(qū)動(dòng)態(tài)調(diào)度/波束賦形（CS/CB）

使用CS/CB時(shí)，某一UE接收數(shù)據(jù)僅由某一服務(wù)小區(qū)進(jìn)行傳輸，具體服務(wù)小區(qū)由CoMP算法確定同時(shí)由CoMP協(xié)調(diào)其它小區(qū)干擾情況。

CS/CB以犧牲部分頻率選擇性增益為代價(jià)，使得小區(qū)間信號(hào)發(fā)射的方向錯(cuò)開，從而減小干擾，提升SINR。同時(shí)數(shù)據(jù)僅由某一服務(wù)小區(qū)進(jìn)行傳輸使得對(duì)于傳輸需求變化較小。

從CS/CB技術(shù)分析可知，該技術(shù)對(duì)小區(qū)中心和邊緣用戶都適用。（圖2）

2.2多小區(qū)聯(lián)合處理（JP）

使用JP時(shí)，UE接收數(shù)據(jù)由處于CoMP的協(xié)作點(diǎn)集合中的每個(gè)eNode-B傳輸。JP技術(shù)目的是通過(guò)多小區(qū)聯(lián)合處理改善UE側(cè)接收信號(hào)的強(qiáng)度與質(zhì)量，同時(shí)需要減少對(duì)其它UE的干擾。JP技術(shù)又可分為：聯(lián)合傳輸和動(dòng)態(tài)小區(qū)選擇/靜默。（圖3）

a. 聯(lián)合傳輸（Joint Transmission：JT）：一個(gè)UE的數(shù)據(jù)同時(shí)在多個(gè)點(diǎn)（CoMP協(xié)作集合的一部分或全部點(diǎn)）進(jìn)行傳輸，通過(guò)該技術(shù)實(shí)現(xiàn)改善接收信號(hào)質(zhì)量并實(shí)現(xiàn)對(duì)其它UE干擾消除。

根據(jù)香農(nóng)定理，只有當(dāng)SINR很低時(shí)，SINR的提升才能帶來(lái)吞吐量的大幅度提升且超過(guò)RB資源的損失，從而提高單位RB的吞吐量，獲得邊緣用戶的吞吐量提升；而對(duì)小區(qū)中心用戶SINR指標(biāo)較好，通過(guò)對(duì)SINR提升帶來(lái)的吞吐量提升不足以彌補(bǔ)RB資源的損失，因此不能獲得吞吐量增益。

因此，JT只適用于小區(qū)邊緣用戶，而對(duì)小區(qū)中心用戶不適用。

b. 動(dòng)態(tài)小區(qū)選擇/靜默（DCS/Muting）：一個(gè)時(shí)刻，CoMP協(xié)作點(diǎn)集合中只有一個(gè)點(diǎn)傳輸U(kuò)E的數(shù)據(jù)，其他協(xié)作點(diǎn)不傳輸數(shù)據(jù)或者給其他UE傳輸數(shù)據(jù)。小區(qū)間切換通過(guò)高層信令指示，切換的速度較慢，而DCS可以根據(jù)UE上報(bào)的RSRP進(jìn)行快速小區(qū)選擇，使得UE總能找到信號(hào)最強(qiáng)的傳輸點(diǎn)，提高發(fā)射和接收性能。Muting的實(shí)際使用價(jià)值不大，完全可以用JT代替。

因此，DCS只適用于小區(qū)邊緣用戶。同時(shí)由于JP需要在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)需要多個(gè)eNode-B同時(shí)向UE進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，這樣導(dǎo)致對(duì)于整體傳輸帶寬要求大于未使用CoMP技術(shù)網(wǎng)絡(luò)。

三、CoMP技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)

雖然LTE CoMP技術(shù)是一個(gè)復(fù)雜技術(shù)，但是它給LTE網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)很多的好處：

提升無(wú)線資源利用率：終端同時(shí)由多個(gè)基站服務(wù)，通過(guò)CoMP可以選擇最好小區(qū)為終端提供服務(wù)，實(shí)現(xiàn)最小資源最大速率體驗(yàn)，從而有效提升無(wú)線資源利用率；

改善小區(qū)間切換性能：由于UE同時(shí)與多個(gè)小區(qū)保持連接狀態(tài)，這意味著小區(qū)的總體接收能力的提升并將極大地減少掉話情況的發(fā)生；

多基站接收提升接收功率：CoMP使得每個(gè)UE與多個(gè)基站或小區(qū)相連，通過(guò)處理使得UE接收電平得到提升；

干擾消除：使用專門合并技術(shù)可以有效利用有用干擾而不是無(wú)用干擾，從而降低小區(qū)間的干擾。

由于LTE速率快，時(shí)延短，為了實(shí)現(xiàn)各小區(qū)之間的協(xié)調(diào)處理對(duì)于各小區(qū)間的時(shí)頻同步要求也極其嚴(yán)格。對(duì)于點(diǎn)與點(diǎn)之間的信息傳遞時(shí)延，R8/9/10里的協(xié)調(diào)是基于X2 協(xié)議， 而X2口一般認(rèn)為是not-so-low-latency（十幾個(gè)毫秒）；而CoMP則必須為low-latency（微秒級(jí)），因此光纖是標(biāo)配；且在各點(diǎn)之間的時(shí)頻（time-frequency）同步要求上，CoMP（尤其是JT）對(duì)同步指標(biāo)要比R8/9/10里的協(xié)調(diào)嚴(yán)格的多（要高一個(gè)數(shù)量級(jí)左右，如果后者時(shí)間同步精度為3us，則CoMP的時(shí)間同步精度要達(dá)到0.3us，才能使得JT成為可能）。較高的時(shí)頻同步要求需要將BBU集中放置并使用GPS同步

四、總結(jié)

CoMP具有提升整體頻譜利用率、改善小區(qū)間切換性能、提升UE接收功率和干擾消除等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)由于其對(duì)時(shí)頻同步要求較高導(dǎo)致要求較高的網(wǎng)絡(luò)配置要求（BBU集中放置并使用GPS同步）。CoMP技術(shù)的復(fù)雜性使得至今該技術(shù)仍未晚善。在網(wǎng)絡(luò)部署中，需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)需求情況合理選擇CoMP技術(shù)方式，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)性能的最大提升，滿足用戶的實(shí)際需求。