TD―LTE系统中下行协同技术研究及其测试

【摘要】根据技术研究和在TD-LTE商用网络中的外场试验，提出了以协作多点（CoMP）技术为基础的小区间下行协同技术。该技术可以在不改变现有基站和传输部署的前提下，通过IP互联有效地提升小区边缘用户的吞吐量，并增强用户体验，最终达成提升TD-LTE产业竞争力的目标。

【关键词】TD-LTE 协作多点传输 下行协同 用户感知

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2015.03.000 中图分类号：TN929.533 文献标识码：A 文章编号：1006-1010（2015）03-0000-00

引用格式：丁美玲. TD-LTE系统中下行协同技术研究及其测试[J]. 移动通信， 2015，39（3/4）： 00-00.

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

DING Mei-ling

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

[Abstract]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.

[Key words]TD-LTE CoMP downlink coordination user perception

1 引言

依照香农定理，信道容量与信噪比有关。为提升业务的信噪比，业界对于移动通信系统中不同小区间的同频干扰采取了多种形式的方案，如功率控制、扩频通信、软切换、联合检测等。对于LTE系统，3GPP在R8阶段开始引入ICIC（Inter-Cell Interference Coordination，小区间干扰协调）技术，之后在R10阶段开始引入CoMP（Coordinated Multi-Point，协作多点传输）技术[1-3]。

随着智能手机、平板电脑得到规模应用，移动互联网也进入了新的阶段，用户对于数据业务的感知要求逐步提升，而研究表明网络下行吞吐量需要达到2M甚至5M以上，用户才能够获得较好的体验，尽管在文献[4]中对于上行CoMP进行了研究和试验，但下行CoMP则面临更强的紧迫性。另一方面，TD-LTE系统是时分双工的宽带移动通信系统，单载波资源少于LTE FDD系统，那么TD-LTE系统相比后者在用户感知层面会面临更大的挑战。因此，下行协同技术就显得更为重要。

2 下行协同技术研究

LTE中的CoMP技术本质上是MIMO技术在多小区间的应用，其基本原理如图1所示，即通过多小区之间的干扰处理来实现同频组网下小区间干扰的规避或消除。根据3GPP对CoMP技术的分类，下行CoMP技术主要是指JT（Joint Transmission，联合发送）。

图1 CoMP原理图

标准中的CoMP技术以小区间具备理想的传输条件为基础，而目前基站的部署方式主要是分布式部署。另一方面，仿真表明站间边缘用户比例为站内边缘用户比例的3倍以上，这就迫使需要克服传输带宽和时延的限制，从而在不改变现有基站和传输部署的前提下达成小区间协同的目标。为此，对现有的站间传输情况进行了摸底测试，结果如图2所示。测试结果表明站间IP传输时延在2ms以内，如果再考虑减少站间传输带宽的占用，则全网基于IP传输的小区间协同就成为可能。

图2 不同站点间的时延

JT中参与协作的小区将需要传输的数据分别进行预编码处理后再发送，相同的信息经过不同的信道在接收端形成多径合并，从而有效利用不同信道提供的分集增益，提高信号的接收质量和性能。下行协同技术原理如图3所示：

图3 下行协同技术原理图

在协作过程中，JT涉及到用户下行原始信息向协作小区的传送，可以采用提前调度的方法预消除传输时延的影响，从而满足LTE的时序要求。另一方面，尽管可以仅传递硬比特信息，但JT仍然可能需要较大的站间传输带宽，如对10M业务吞吐量的用户进行不同基站的小区间JT，站间的传输带宽必须在10M以上，通过传输互联的基站间有可能不具备这一条件。

如果在JT过程中省去用户数据在站间传输的过程，并且协作的邻区为了避免干扰对所请求的资源不进行发送，从而降低对目标用户的干扰，该技术称为CS（Coordinated Scheduling，协作调度），此时小区间只需要交互少量的调度信息，且兼容R8/R9终端。

假定用户接收到本小区信号为S，接收到主干扰邻区的噪声为Icoordi，接收到其余干扰小区的噪声为Iother，而热噪声为N0，则在不打开小区间协同技术时：

（1）

在采用CS技术之后，主干扰邻区相应的物理资源不发送，则：

（2）

在采用JT技术之后，主干扰邻区对用户协作发送，在仅考虑功率增益的前提下有：

（3）

由此可见，JT和CS技术对于信噪比的提升是非常可观的。而通常情况下，主干扰邻区与本小区的PCI模3不等，即本区的CRS与邻区的部分Data占用相同的时频资源，相关的增益分析需要依赖于仿真研究。

假定用户接收到的本小区和邻小区信号功率相等，从图4的链路仿真来看，无论是JT还是仅单小区发送的CS相比两小区分别为本小区用户服务均能够带来明显的增益，并且在主干扰邻区与本小区PCI模3不等的情况下，CS相比JT在高信噪比区域更具优势。因此，JT和CS自适应是最优的选择。

图4 下行协同技术的仿真曲线

3 下行协同技术验证

在与广东移动基于试验网进行技术验证的基础上[5]，中兴通讯与福建移动进一步开展了基于商用网的技术试验，交叉推进小区间协同技术的验证和商用。所选定的测试区域位于泉州市华侨大学内，并基于现有的基站和传输部署。测试环境和测试站点如图5所示，其中红色圈注的站点为本次测试的主测试站点。

图5 测试站点分布

3.1 多小区场景下行协同技术验证

验证场景如图6所示，主测小区334接入10个UE，按照信号好中/差/点的放置比例为4：3：3。主测小区有5个邻区，分别为小区335、333、117、267和479，这些邻区每小区中各放置1个中心UE和1个与主测小区相邻的边缘UE，其余周边小区进行70%的模拟加载。为示区别，图6中主测小区334的UE垂直摆放，其它小区的UE倾斜摆放，与UE的实际摆放状态无关。

图6 多小区场景终端放置示意图

所有的UE均进行满buffer的FTP下载业务，构造本小区和邻区均满负荷的极限场景。测试过程中，首先关闭小区间协同并记录用户的平均吞吐量，然后打开小区间协同并进行相同的操作，记录的边缘用户平均吞吐量对比如图7所示：

图7 多小区场景边缘用户在下行协同开启前后的吞吐量对比

此外，在开启下行协同之后，所有小区总吞吐量由180.69Mbps变为176.80Mbps。通过对测试数据的分析，可得：

（1）边缘用户吞吐量最高提升137.5%，主测小区3个边缘用户吞吐量提升83.7%；

（2）主测小区334负荷较重，周围其它小区边缘用户的协作请求未能完全满足，如邻区4和邻区5的边缘用户基本没有获得协作机会，但全部的8个边缘用户吞吐量仍提升41.8%；

（3）所有小区的总吞吐量基本持平。

在真实网络中，邻区一般都是非满负荷，此时由于邻区具备空闲的资源，除了边缘用户的吞吐量能够得到提升之外，整网的吞吐量也能够得到有效提升。

3.2 干扰复杂场景下行协同技术验证

验证场景如图8所示，主测小区117有2个邻区，分别为共站小区333和334，而主测小区117与小区333和334不共站。上述3个小区每个小区中各放置1个中心UE，主测小区117另外接入2个边缘UE，且这2个边缘UE位于3个小区的交叠处。为示区别，图8中主测小区117的UE垂直摆放，其它的小区UE倾斜摆放，与UE的实际摆放状态无关。

图8 干扰复杂场景终端放置示意图

所有的UE均进行满buffer的FTP下载业务，构造本小区和邻区均满负荷的极限场景。测试过程中，首先关闭小区间协同并记录用户的平均吞吐量，然后打开小区间协同并进行相同的操作，记录的边缘用户平均吞吐量对比如图9所示：

图9 干扰复杂场景边缘用户在下行协同开启前后的吞吐量对比

此外，在开启下行协同之后，所有小区总吞吐量由70.6Mbps变为88.7Mbps。通过对测试数据的分析，可得：

（1）对于边缘用户，CS增益为80%～100%，而JT的增益达2～6倍；

（2）在采用下行协同技术之后，由于边缘用户使用更少的资源即可以满足更好的业务质量，使得3个中心用户的总吞吐量提升25.6%。

由此可见，JT对干扰复杂场景的价值明显，但需要传输资源的配合，因此JT和CS自适应是最佳的选择。

4 结束语

CoMP是LTE-A用于提升用户感知的核心技术，但小区间需要基于理想的传输条件限制了其应用的场景，本文以CoMP为基础提出了不改变现有基站和传输部署的小区间下行协同技术。通过研究和验证表明，基于IP传输的小区间下行协同技术为TD-LTE网络的质量提升提供了可实施的方案，并可以有效提升小区边缘用户的吞吐量，增强用户体验，最终达成提升TD-LTE网络竞争力的目标。

参考文献：

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

[2] 鲁维民，魏守明. CoMP中联合传输技术的研究[J]. 通信技术， 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] 王启星，何丽峰，郑毅，等. LTE网络上行CoMP方案研究与外场试验[J]. 电信科学， 2013（5）： 51-56.

[5] 林二维，丁美玲. TD-LTE系统中下行CoMP技术研究及其验证[J]. 移动通信， 2014（18）： 33-36.