TD-LTE系統中下行協同技術研究及其測試*

丁美玲

（中興通訊股份有限公司上海研發中心，上海 201203）

TD-LTE系統中下行協同技術研究及其測試*

丁美玲

（中興通訊股份有限公司上海研發中心，上海 201203）

根據技術研究和在TD-LTE商用網絡中的外場試驗，提出了以協作多點傳輸（CoMP）技術為基礎的小區間下行協同技術。該技術可以在不改變現有基站和傳輸部署的前提下，通過IP互聯有效地提升小區邊緣用戶的吞吐量，并增強用戶體驗，最終達成提升TD-LTE產業競爭力的目標。

TD-LTE 協作多點傳輸 下行協同 用戶感知

10.3969/j.issn.1006-1010.2015.03.034

1 引言

依照香農定理，信道容量與信噪比有關。為提升業務的信噪比，業界對于移動通信系統中不同小區間的同頻干擾采取了多種形式的方案，如功率控制、擴頻通信、軟切換、聯合檢測等。對于LTE系統，3GPP在R8階段開始引入ICIC（Inter-Cell Interference Coordination，小區間干擾協調）技術，之后在R10階段開始引入CoMP（Coordinated Multiple Points，協作多點傳輸）技術[1-3]。

隨著智能手機、平板電腦得到規模應用，移動互聯網也進入了新的階段，用戶對于數據業務的感知要求逐步提升，而研究表明網絡下行吞吐量需要達到2Mbps甚至5Mbps以上，用戶才能夠獲得較好的體驗，盡管在文獻[4]中對于上行CoMP進行了研究和試驗，但下行CoMP則面臨更強的緊迫性。另一方面，TDLTE系統是時分雙工的寬帶移動通信系統，單載波資源少于LTE FDD系統，那么TD-LTE系統相比后者在用戶感知層面會面臨更大的挑戰。因此，下行協同技術就顯得更為重要。

2 下行協同技術研究

LTE中的CoMP技術本質上是MIMO技術在多小區間的應用，其基本原理如圖1所示，即通過多小區之間的干擾處理來實現同頻組網下小區間干擾的規避或消除。根據3GPP對CoMP技術的分類，下行CoMP技術主要是指JT（Joint Transmission，聯合發送）。

圖1 CoMP原理圖

標準中的CoMP技術以小區間具備理想的傳輸條件為基礎，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延的限制，從而在不改變現有基站和傳輸部署的前提下達成小區間協同的目標。為此，對現有的站間傳輸情況進行了摸底測試，結果如圖2所示：

圖2 不同站點間的時延

測試結果表明站間IP傳輸時延在2ms以內，如果再考慮減少站間傳輸帶寬的占用，則全網基于IP傳輸的小區間協同就成為可能。

JT中參與協作的小區將需要傳輸的數據分別進行預編碼處理后再發送，相同的信息經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，提高信號的接收質量和性能。下行協同技術原理如圖3所示：

圖3 下行協同技術原理圖

在協作過程中，JT涉及到用戶下行原始信息向協作小區的傳送，可以采用提前調度的方法預消除傳輸時延的影響，從而滿足LTE的時序要求。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業務吞吐量的用戶進行不同基站的小區間JT，站間的傳輸帶寬必須在10M以上，通過傳輸互聯的基站間有可能不具備這一條件。

如果在JT過程中省去用戶數據在站間傳輸的過程，并且協作的鄰區為了避免干擾對所請求的資源不進行發送，從而降低對目標用戶的干擾，該技術稱為CS（Coordinated Scheduling，協作調度），此時小區間只需要交互少量的調度信息，且兼容R8/R9終端。

假定用戶接收到本小區信號為S，接收到主干擾鄰區的噪聲為Icoordi，接收到其余干擾小區的噪聲為Iother，而熱噪聲為N0，則在不打開小區間協同技術時：

在采用CS技術之后，主干擾鄰區相應的物理資源不發送，則：

在采用JT技術之后，主干擾鄰區對用戶協作發送，在僅考慮功率增益的前提下有：

由此可見，JT和CS技術對于信噪比的提升是非常可觀的。而通常情況下，主干擾鄰區與本小區的PCI模3不等，即本區的CRS與鄰區的部分Data占用相同的時頻資源，相關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和鄰小區信號功率相等，從圖4的鏈路仿真來看，無論是JT還是僅單小區發送的CS相比兩小區分別為本小區用戶服務均能夠帶來明顯的增益，并且在主干擾鄰區與本小區PCI模3不等的情況下，CS相比JT在高信噪比區域更具優勢。因此，JT和CS自適應是最優的選擇。

圖4 下行協同技術的仿真曲線

3 下行協同技術驗證

在與廣東移動基于試驗網進行技術驗證的基礎上[5]，中興通訊與福建移動進一步開展了基于商用網的技術試驗，交叉推進小區間協同技術的驗證和商用。所選定的測試區域位于泉州市華僑大學內，并基于現有的基站和傳輸部署。測試環境和測試站點如圖5所示，其中紅色圈注的站點為本次測試的主測試站點。

3.1 多小區場景下行協同技術驗證

驗證場景如圖6所示，主測小區334接入10個UE，按照信號好/中/差點的放置比例為4:3:3。主測小區有5個鄰區，分別為小區335、333、117、267和479，這些鄰區每小區中各放置1個中心UE和1個與主測小區相鄰的邊緣UE，其余周邊小區進行70%的模擬加載。為示區別，圖6中主測小區334的UE垂直擺放，其它小區的UE傾斜擺放，與UE的實際擺放狀態無關。

圖5 測試站點分布

圖6 多小區場景終端放置示意圖

所有的UE均進行滿buffer的FTP下載業務，構造本小區和鄰區均滿負荷的極限場景。測試過程中，首先關閉小區間協同并記錄用戶的平均吞吐量，然后打開小區間協同并進行相同的操作，記錄的邊緣用戶平均吞吐量對比如圖7所示。

此外，在開啟下行協同之后，所有小區總吞吐量由180.69Mbps變為176.80Mbps。通過對測試數據的分析，可得：

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

（2）主測小區334負荷較重，周圍其它小區邊緣用戶的協作請求未能完全滿足，如鄰區4和鄰區5的邊緣用戶基本沒有獲得協作機會，但全部的8個邊緣用戶吞吐量仍提升41.8%；

（3）所有小區的總吞吐量基本持平。

在真實網絡中，鄰區一般都是非滿負荷，此時由于鄰區具備空閑的資源，除了邊緣用戶的吞吐量能夠得到提升之外，整網的吞吐量也能夠得到有效提升。

3.2 干擾復雜場景下行協同技術驗證

圖7 多小區場景邊緣用戶在下行協同開啟前后的吞吐量對比

驗證場景如圖8所示，主測小區117有2個鄰區，分別為共站小區333和334，而主測小區117與小區333和334不共站。上述3個小區每個小區中各放置1個中心UE，主測小區117另外接入2個邊緣UE，且這2個邊緣UE位于3個小區的交疊處。為示區別，圖8中主測小區117的UE垂直擺放，其它小區的UE傾斜擺放，與UE的實際擺放狀態無關。

圖8 干擾復雜場景終端放置示意圖

所有的UE均進行滿buffer的FTP下載業務，構造本小區和鄰區均滿負荷的極限場景。測試過程中，首先關閉小區間協同并記錄用戶的平均吞吐量，然后打開小區間協同并進行相同的操作，記錄的邊緣用戶平均吞吐量對比如圖9所示。

此外，在開啟下行協同之后，所有小區總吞吐量由70.6Mbps變為88.7Mbps。通過對測試數據的分析，可得：

（1）對于邊緣用戶，CS增益為80%~100%，而JT的增益達2~6倍；

（2）在采用下行協同技術之后，由于邊緣用戶使用更少的資源即可以滿足更好的業務質量，使得3個中心用戶的總吞吐量提升25.6%。

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

圖9 干擾復雜場景邊緣用戶在下行協同開啟前后的吞吐量對比

4 結束語

CoMP是LTE-A用于提升用戶感知的核心技術，但小區間需要基于理想的傳輸條件限制了其應用的場景，本文以CoMP為基礎提出了不改變現有基站和傳輸部署的小區間下行協同技術。通過研究和驗證表明，基于IP傳輸的小區間下行協同技術為TD-LTE網絡的質量提升提供了可實施的方案，并可以有效提升小區邊緣用戶的吞吐量，增強用戶體驗，最終達成提升TD-LTE網絡競爭力的目標。

[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中聯合傳輸技術的研究[J]. 通信技術, 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網絡上行CoMP方案研究與外場試驗[J]. 電信科學, 2013(5): 51-56.

[5] 林二維,丁美玲. TD-LTE系統中下行CoMP技術研究及其驗證[J]. 移動通信, 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系統中下行協同技術研究及其測試[J]. 移動通信, 2015,39(3/4): 157-160.

國家科技重大專項資助項目（2012ZX03001008）

2014-11-20

袁婷 yuanting@mbcom.cn

丁美玲：博士畢業于浙江大學信息與電子工程學系，現任中興通訊股份有限公司上海研發中心一級主任工程師，主要從事移動通信系統的研發工作。