LTE-Advanced中的CoMP技术及其性能分析

摘要：CoMP技术是LTE-Advanced的关键技术之一，能够显著的提高小区吞吐量和边缘用户速率，能够有效的抑制小区间干扰。文章首先阐述了CoMP的技术原理和优势并对CoMP技术当前的研究状况进行了论述，之后通过搭建系统级仿真平台对CoMP-SU-MIMO技术的性能进行了分析,得出了不同模式下用户吞吐量的变化范围。

关键词：LTE-Advanced；联合处理传输；CoMP-SU-MIMO性能

中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)04-0927-04

A Survey of LTE-Advanced CoMP and Performance Analysis

JIA Yun

（School of Communication Information Engineering, Chongqing University of Posts and Telecommunications, Chongqing 40065, China）Abstract: Coordinated multipoint transmission/reception（CoMP）is one of the key technologies in LTE-A system,which can effectively reduced inter-cell interference for cell-edge user equipments, and increase the cell-edge throughput.Firstly，the principle and advantages of CoMP are presented .Addtion,the current research status of CoMP are discussed. Finally, a system level simulation platform are structured to analysis CoMP-SU-MIMO performance, the different modes of user throughput range are given.

Key words: LTE-Advanced; Joint-Processing transmission; performance of CoMP-SU-MIMO

1概论

在LTE-A中，频谱复用系数为1，并且OFDM技术无法有效地消除小区间干扰(ICI)，所以小区间干扰抑制技术成为LTE-A中的重要技术之一[1]。在LTE-A中小区间干扰抑制技术主要包括：小区间干扰随机化，小区间干扰消除，小区间干扰协调/回避等，各种干扰抑制技术可以配合使用，以期获得更好的效果。

多点协作传输技术(Coordinated Multipoint Transmission/Reception，CoMP)协作多个相邻的基站或节点同时为一个小区边缘用户提供服务，从而降低小区边缘用户的干扰，提高小区边缘用户的服务质量[2]。根据进行协调的节点之间的相互关系，CoMP可以分为Intra-site CoMP和Inter-site CoMP等两种。Intra-site CoMP协作的过程发生在一个站点之内，所以并没有回传反馈容量的限制，可以在同一个站点的之间进行大量的数据交互。Inter-site CoMP发生在多个站点之间，所以这对于回传容量和时延提出了更严格的要求。也就是说Inter-site CoMP性能也受限于当前回传的容量和时延的容忍度。

按照协作基站共同服务的UE数目，CoMP技术又可分为单用户CoMP(SU-CoMP)和多用户CoMP(MU-CoMP)等两种。这两种CoMP模式下，系统的实现的方案有很大的区别，算法复杂度，吞吐量性能以及系统公平性等方面都有较大的差别，特别是在MU-CoMP模式下，很多研究都集中在多个服务用户配对调度算法的复杂度和性能上。

按照数据能否在多个协调点上获取，又可以分为联合处理(JP，Joint-Processing)和协作调度/波束成型(CS/CBF，Coordinated Scheduling/Beamforming)等两种。多点协调调度CoMP称为Coordinated Scheduling/Beamforming (CS/CB),在这种模式中，瞬时传输给单个用户的数据是来自单个传输点，同时调度决定是联合操作的，用户的数据由一个基站进行传送，控制协作小区间的干扰的方法是进行协调调度。也就是说，对于一个用户，用户的数据并进行多重传输，信道等相关信息是在不同的小区之间共享的。多点联合处理CoMP（Joint processing/transmission，简称JP/JT），在JP-CoMP模式中，单个用户的数据是从多个传输节点同时进行传输，多个小区传输相同的信息给目标用户，不仅可以提高接收信号的质量，而且可以减小对其它用户的干扰。也就是说，一个用户的数据在不同的传输节点之间进行共同的传输，并且在这些传输点之间进行联合预处理。另一方面，在CoMP-SU-MIMO模式之下，这些传输点共同服务于同一个UE，在CoMP-MU-MIMO这种模式中，服务于多个UE。

CoMP-SU-MIMO可以带来边缘用户吞吐量的提升，但其代价是会造成系统平均频谱效率的下降。[3] [4]其原因在于，CoMP-SU-MIMO用户会同时占用主服务小区和协作小区的相同的频率资源，因为其接收信号是为来自这两个基站之间信号的叠加。由于用于边缘用户传输的资源增加，则相应的用于对中心用户传输的资源必然相应的有所减少，因此，SU-JP-CoMP的原理是用小区中心用户的性能损失来达到边缘用户的性能提升。在3GPP相关提案中，普遍采用根据SINR（signal to Interference plus Noise Ratio）确定CoMP用户的准则，如果满足SINR

2 COMP技术研究热点

对CoMP技术的研究主要集中在以下几个方面：

1）CoMP用户的确定。

在系统中，并不是所有的用户都需要协作，小区中心的用户离基站或天线比较近，因此不需要进行协作，只有那些处于小区边缘的，受到干扰比较大的，通信质量不能满足要求的用户才需要协作。

2）CoMP的频率分配和资源调度。

在频率分配方面的研究方面，主要的策略有以下几种：静态的频率分配，动态的频率分配以及半动态的频率分配。静态的频率分配是在网络部署时就对每个小区的频率资源进行划分，专门预留一部分频率资源用于CoMP：动态的频率分配策略，这里动态是通过两个方面来体现的，首先每个小区为CoMP预留的频率资源处在什么样的频段是不固定的，其次可供CoMP使用的频率资源的多少也是按照一定的准则动态调整的；半动态的分配方案，介于静态与动态之间，首先在网络部署时划出一块频率资源供CoMP使用，但是这块频率资源会根据网络及系统的变化进行自适应的调整[6]。

3）CoMP JP中的预编码算法的研究。

比较常见的预编码算法有基于相关阵的特征值分解(Eigenvalue Base Bemforming，EBB)、基于PMI反馈的码本、块对角化(Block? Diagonalisation，BD)算法迫零算法(Zero Forcing，ZF)和。对于小区内用户间的干扰，通常的办法是采用BD算法或者ZF算法在发射端在用户间进行干扰消除。

4）CoMP中UE的反馈和信息交互的研究。

CoMP中UE的研究的另外一个热点是信息反馈，主要包括信息反馈内容以及反馈的方式。反馈信息主要是下行的信道信息，UE的反馈方式主要分为两种：隐式的反馈和显式的反馈；隐式反馈是UE端经过适当的处理，反馈给eNB一个信道状态指示CQI，显式的反馈是直接反馈信道的状态信息。

4 CoMP吞吐量系统仿真

建立基于LTE-A的系统级仿真平台，系统共由7小区构成，采用Wrap-round模型和双基站协作仿真协作吞吐量代价和吞吐量增益指数。模拟了MIMO-OFDM，调度算法等系统级功能，并添加了多点协作传输技术的实现，仿真参数如表1所示。

表1系统仿真主要参数设置

图3仿真了用户处在小区不同位置时，CoMP和非CoMP下的SINR值，仿真结果表明在小区中心位置，CoMP带来的性噪比增益非常有限，随着用户与主服务基站距离的不断增加，采用CoMP所带来的信噪比逐渐增加。在小区边缘，采用CoMP模式比非CoMP模式可以产生5 dB左右的SINR增益。

5结束语

文章首先阐述了CoMP的技术原理和优势，之后对CoMP技术当前的研究状况进行了论述，并通过搭建系统级仿真平台对CoMP-SU-MIMO技术的性能进行了分析,得出了不同模式下用户吞吐量的变化范围，该结论为分析CoMP的性能提供了有效的量化依据。随着用户对高速率数据的要求和系统公平性要求的提高，协作多点传输技术一定能够在LTE-A中得到更加深入和合理的利用。

参考文献：

[1]沈嘉，索士强.3GPP长期演进（LTE）技术原理与系统设计[M].北京:人民邮电出版社,2008: 16-20.

[2] 3GPP R1-092272,"CoMP feedback discussion",Qualcomm Europe.

[3]刘晶.LTE-A系统协作多点传输技术的性能分析和算法研究[J].现代电信科技,2010(2-3).

[4] 3GPP TR25.814 V7.1.0,Physical layer aspects for evolved Universal Terrestrial Radio Access(UTRA).2009.

[5] Young-HanNam:Cooperative Communication Technologies for LTE-Advanced. [S].IEEE,2010.

[6] 3GPP R1-091415,Further discussion of frequency plan scheme on CoMP-SU-MIMO.2009.