基于非理想回程CoMP改進技術(shù)的研究

閆晟東

【摘要】 CoMP作為一種變干擾為增益，增加下行吞吐量的技術(shù)，在LTE Release 12中提出的小基站增強技術(shù)中被認為是核心技術(shù)之一。但是在現(xiàn)有的網(wǎng)絡基站部署條件下，主基站和小基站之間的X2鏈路不是通過光纖連接，而是大量使用xDSL連接。但是xDSL的延遲會嚴重影響CoMP的增益效果，甚至失去增益變?yōu)楦蓴_。本文提出了一種方案，在特定QCI環(huán)境下，減弱X2鏈路延遲的影響，使CoMP技術(shù)達到設計增益效果。

【關(guān)鍵詞】 雙連接 載波聚合 非理想回程 架構(gòu) 移動

協(xié)調(diào)多點傳輸和接收（Coordinated Multipoint Transmission and Reception， CoMP）技術(shù)用于應對LTE網(wǎng)絡中的小區(qū)間信號干擾。這種技術(shù)使得臨近的天線可以協(xié)作傳輸數(shù)據(jù)以增強用戶設備（User Equipment， UE）在小區(qū)邊緣位置的信號強度，降低其干擾，增加其可達到的數(shù)據(jù)速率。因為其需要相鄰天線共享協(xié)作，所以需要在X2鏈路上共享CSI數(shù)據(jù)，因此，高帶寬和低時延是CoMP回程的兩個關(guān)鍵需求。3GPP為CoMP做的仿真實驗結(jié)論是：CoMP系統(tǒng)在同構(gòu)網(wǎng)絡中可以提供增效，在異構(gòu)網(wǎng)中也表現(xiàn)出了增效，并且增效會受到延遲的影響。文獻[1]表明，使用CoMP技術(shù)可以使得小區(qū)平均吞吐量（AVG Cell Throughput）提升15.4%，5%邊緣吞吐量（5% Edge Throughput）提升13.7%。但是CoMP技術(shù)需要臨近的天線近乎實時地共享信道狀態(tài)信息（Channel State Information，CSI），才能使得臨近天線發(fā)出的信號可以疊加并且增強而非影響并相互削弱。因此，這一技術(shù)要求臨近天線之間的回程延遲非常低，文獻[2]中提到回程時延1ms時，系統(tǒng)容量將下降5%，回程時延5ms時，系統(tǒng)容量會下降20%。即，延遲達到5ms時，CoMP技術(shù)就完全喪失了增益效果，反而減少了系統(tǒng)吞吐量。

然而在小基站增強技術(shù)中，由于大量使用了xDSL線路作為主基站和小基站的連接線路，因此系統(tǒng)存在15-60ms 的延遲[3]，此時，使用CoMP技術(shù)系統(tǒng)容量將會下降約17%。本文在QCI為7（語音， 直播視頻， 互動游戲）情形下提出了一種解決方案，用以減輕xDSL延遲對CoMP技術(shù)帶來的損益。

一、架構(gòu)解決方案

1、添加時間戳。考慮到不影響CoMP和其他LTE技術(shù)的運用，本文選擇PDSCH部分作為時間戳存放位置。使用0.1毫秒作為計數(shù)單位，0.1毫秒計時為1，計時最大值為65535（略大于1分鐘），占用16bit。由于16bit在長度為1ms的子幀（CFI=1時，物理層最大bit數(shù)為43200bit）中占用的比例約為0.037%-0.043%，因此在下文的模擬中將僅進行近似計算。

2、添加高速緩存。現(xiàn)行LTE基站設計中最高的單站下行吞吐率為600Mbps，xDSL環(huán)境下延遲約0.1ms。而當前DDR4內(nèi)存的訪問時間為24-93ns，理論帶寬30GB/s，完全足以作為當前LTE基站的高速緩存。

二、NS3模擬仿真

系統(tǒng)仿真模擬了7個均勻分布的主基站，每個主基站中配置2個小基站，小基站隨機分布。又配置了41個UE將它們隨機分布于小基站中，并且將它們與最近的主基站和小基站相連。

其他模擬參數(shù)如下：

通過模擬，得出的結(jié)論如下表所示。可以看出，CoMP技術(shù)在回程延遲的情況下，總吞吐量損益非常明顯，而且比較接近于文獻[1]中測試出的總吞吐量11.1%損益和5%最差吞吐量17.7%的結(jié)論。同時，在添加了高速緩存后，總體吞吐量和5%最差吞吐量的損益均控制在了0.5%以下。這說明在QCI為7的條件下，高速緩存可以作為減弱xDSL損益的解決辦法。

三、結(jié)語

在QCI為7的情況下，高速緩存可以有效的消除xDSL延遲對CoMP造成的損益，并且在用戶總吞吐量和5%最差吞吐量上的損益減少非常明顯。由于這方面的性能增益主要以非理想回程為基礎，且增加高速緩存的CoMP技術(shù)對現(xiàn)有網(wǎng)絡和終端協(xié)議棧架構(gòu)的影響都在可接受的范圍中，因此更具備實際應用意義。值得注意的是，增加高速緩存的CoMP技術(shù)并未消除延遲，所以不能適用于VoIP等對網(wǎng)絡延遲要求苛刻的環(huán)境。因此，在未來的研究工作中，需要評估現(xiàn)有的協(xié)調(diào)技術(shù)，并尋找更適用于苛刻網(wǎng)絡延遲要求的技術(shù)。

參 考 文 獻

[1] 3GPP TR36.819. Coordinated multi-point operation for LTE physical layer aspects （Release 11） [S]，2013.

[2] Chen F， Xu W， Li S， et al. Non-Ideal Backhaul based Spectrum Splitting and Power Allocation for Downlink CoMP in Cognitive Macro/Femtocell Networks[J]. Communications Letters， IEEE， 2014，18：1031-1034

[3] 3GPP TR36.932. Scenarios and requirements for small cell enhancements for E-UTRA and E-UTRAN[S]，2015.