丁美玲

(中興通訊股份有限公司 上海研發(fā)中心，上海201203)

1 引 言

邊緣用戶的業(yè)務(wù)質(zhì)量保證一直是移動(dòng)通信系統(tǒng)面臨的一個(gè)重要問(wèn)題，為此需要引入對(duì)抗系統(tǒng)內(nèi)外干擾的技術(shù)。2G 系統(tǒng)主要采用異頻組網(wǎng)和跳頻技術(shù)，而3G 系統(tǒng)則主要采用CDMA 技術(shù)，并且在WCDMA 和CDMA2000 系統(tǒng)中引入了軟切換技術(shù)，而TD－SCDMA 系統(tǒng)中則引入了多小區(qū)聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)。隨著智能手機(jī)、平板電腦得到規(guī)模應(yīng)用，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)也進(jìn)入了新的階段，用戶對(duì)于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的感知要求逐步提升，而小區(qū)邊緣用戶的吞吐量就成為一個(gè)瓶頸。為此，3GPP 在LTE－A 標(biāo)準(zhǔn)中逐步引入?yún)f(xié)作多點(diǎn)(Coordinated Multi－Point，CoMP)技術(shù)［1］，并假定小區(qū)間具備理想的傳輸條件。

根據(jù)3GPP 對(duì)CoMP 技術(shù)的分類，上行CoMP 技術(shù)主要是指聯(lián)合接收［1－2］(Joint Reception，JR)，具體包括聯(lián)合均衡和軟合并兩種技術(shù)，其中聯(lián)合均衡需要將鄰小區(qū)的天線數(shù)據(jù)一起進(jìn)行解調(diào)，如對(duì)于8天線的系統(tǒng)而言，意味著需要同時(shí)解調(diào)16 天線的數(shù)據(jù)，其復(fù)雜度導(dǎo)致基于現(xiàn)有的硬件難以實(shí)施，因此對(duì)于8 天線的系統(tǒng)，業(yè)界主要采用基于軟合并的上行協(xié)同技術(shù)［3］，文獻(xiàn)［3］還提供了有關(guān)試驗(yàn)的情況。

我們也可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的小區(qū)間協(xié)作研究主要基于具備理想傳輸條件的小區(qū)間［1－4］，但實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)絕大多數(shù)是基于分布式基站部署的，這也就意味著不同基站的小區(qū)間不具備JR 的能力，為此本文研究了網(wǎng)絡(luò)中任何小區(qū)間均可進(jìn)行上行協(xié)同的方法，并進(jìn)行了實(shí)踐。

2 上行協(xié)同技術(shù)研究

CoMP 的基本原理如圖1所示，即多個(gè)小區(qū)同時(shí)對(duì)特定的用戶進(jìn)行收發(fā)，原理上和WCDMA 系統(tǒng)的軟切換技術(shù)具有相似性。

圖1 CoMP 原理圖Fig.1 Schematic diagram of CoMP

JR 是指協(xié)作集內(nèi)的小區(qū)將本小區(qū)和鄰小區(qū)用戶依據(jù)MU－MIMO 的方式統(tǒng)一進(jìn)行聯(lián)合均衡處理，然后將鄰小區(qū)用戶的軟信息傳遞到鄰小區(qū)用于軟合并的過(guò)程，此時(shí)，鄰小區(qū)也會(huì)進(jìn)行對(duì)等的操作，如圖2所示。通過(guò)這一過(guò)程，目標(biāo)用戶從聯(lián)合均衡和軟合并中獲得了干擾消除增益和接收分集增益［2，4］。特別地，協(xié)作的各小區(qū)可分別進(jìn)行各自的上行調(diào)度，并不受JR 的影響。

圖2 上行協(xié)同技術(shù)原理圖Fig.2 Schematic diagram of uplink coordination

JR 涉及軟合并過(guò)程且需要小區(qū)間傳遞軟符號(hào)信息，這就必然對(duì)小區(qū)間的傳輸帶寬和時(shí)延提出了要求。一個(gè)基站內(nèi)的小區(qū)間可視為具備理想的傳輸條件，而不同基站的小區(qū)間則只能通過(guò)現(xiàn)有的傳輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交互。計(jì)算表明，JR 需要的傳輸帶寬在100 Mb/s以上，時(shí)延則要求在0.1 ms量級(jí)，這對(duì)于通過(guò)傳輸互聯(lián)的不同基站而言是難以具備的。

如果在JR 過(guò)程中省去軟信息傳遞和合并的過(guò)程，即可在并行獲得本小區(qū)和鄰小區(qū)用戶的信道估計(jì)結(jié)果后進(jìn)行多用戶的聯(lián)合均衡得到本小區(qū)用戶的信號(hào)，我們稱該技術(shù)為Cloud 干擾抑制合并(Interference Rejection Combining，IRC)，此時(shí)小區(qū)間僅需進(jìn)行少量的信令交互。通過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，這一過(guò)程與TD－SCDMA 系統(tǒng)中的多小區(qū)聯(lián)合檢測(cè)相似，和傳統(tǒng)IRC 的不同之處在于鄰小區(qū)用戶的信息對(duì)本區(qū)而言是顯性的。另一方面，由于用戶的上行調(diào)度時(shí)刻是在用戶實(shí)際發(fā)送上行數(shù)據(jù)之前的4 ms，因此鄰小區(qū)具備1 ms級(jí)別的時(shí)延用于通知本區(qū)有關(guān)信令。

假定目標(biāo)小區(qū)接收到的本小區(qū)和鄰小區(qū)用戶功率相等，且兩用戶占用相同的子載波資源并具備隨機(jī)的相位關(guān)系，從圖3的鏈路仿真來(lái)看，在中國(guó)移動(dòng)廣泛采用的雙極化8 天線下，基于軟合并的JR 相比IRC 增益達(dá)3.5 dB左右，而Cloud IRC 相比IRC 也能夠獲得1 dB左右的增益。

圖3 上行協(xié)同技術(shù)的仿真曲線Fig.3 Simulation curves of uplink coordination

上述研究表明，在基站內(nèi)的小區(qū)間可使用軟合并的JR 技術(shù)，而不同基站的小區(qū)間可使用Cloud IRC 技術(shù)，這樣就使得全網(wǎng)的鄰小區(qū)間均具備上行協(xié)同的能力。

3 上行協(xié)同技術(shù)實(shí)踐

在與廣東移動(dòng)基于試驗(yàn)網(wǎng)進(jìn)行技術(shù)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，中興通訊與福建移動(dòng)進(jìn)一步開(kāi)展了基于商用網(wǎng)的技術(shù)試驗(yàn)，交叉推進(jìn)上行協(xié)同技術(shù)的驗(yàn)證和商用。所選定的測(cè)試區(qū)域位于泉州市華僑大學(xué)內(nèi)，并基于現(xiàn)有的分布式基站和傳輸部署。對(duì)上述測(cè)試區(qū)域內(nèi)基站間的傳輸時(shí)延摸底情況如圖4所示，測(cè)試結(jié)果表明站間IP 傳輸時(shí)延在2 ms以內(nèi)，能夠滿足Cloud IRC 的要求，而站內(nèi)的小區(qū)間則可以直接使用JR技術(shù)。

圖4 不同基站間的時(shí)延Fig.4 Time delay between different sites

3.1 站內(nèi)上行協(xié)同技術(shù)驗(yàn)證

為驗(yàn)證JR 技術(shù)的增益，構(gòu)建如圖5所示的站內(nèi)驗(yàn)證場(chǎng)景，其中主測(cè)小區(qū)A 接入9 個(gè)UE，按照信號(hào)好中差點(diǎn)的放置比例為4∶ 3∶ 2。主測(cè)小區(qū)有兩個(gè)鄰區(qū)分別為B 和C，這兩個(gè)小區(qū)各放置1 個(gè)中心UE和1 個(gè)與主測(cè)小區(qū)相鄰的邊緣UE。為示區(qū)別，在圖5中主測(cè)小區(qū)A 的UE 垂直擺放，其他小區(qū)的UE 傾斜擺放，與UE 在實(shí)測(cè)試中的擺放狀態(tài)無(wú)關(guān)。

圖5 站內(nèi)協(xié)作場(chǎng)景中終端放置示意圖Fig.5 Schematic diagram of UEs’positions in intra－site scene

測(cè)試過(guò)程中，所有的UE 均進(jìn)行滿buffer 的FTP上傳業(yè)務(wù)，構(gòu)造本小區(qū)和鄰區(qū)上行鏈路均滿負(fù)荷的極限場(chǎng)景。首先關(guān)閉上行協(xié)同并記錄用戶15 min的平均吞吐量，然后打開(kāi)上行協(xié)同并進(jìn)行相同的操作，記錄的邊緣用戶平均吞吐量(單位Mb/s)對(duì)比如圖6所示。

圖6 站內(nèi)協(xié)作場(chǎng)景中邊緣用戶在上行協(xié)同開(kāi)啟前后的吞吐量Fig.6 Throughput of cell－edge UEs with and without JR in intra－site scene

此外，在開(kāi)啟上行協(xié)同之后，所有小區(qū)總吞吐量由49.65 Mb/s變?yōu)?2.98 Mb/s。通過(guò)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的分析，我們可以得到如下結(jié)果:

(1)邊緣用戶吞吐量最高提升210.9%，主測(cè)小區(qū)邊緣用戶吞吐量提升89.9%;

(2)部分小區(qū)邊緣用戶上行增益較低，但所有邊緣用戶吞吐量仍提升31.2%;

(3)所有小區(qū)總吞吐量提升6.7%。

進(jìn)一步分析表明，上行協(xié)同對(duì)于邊緣用戶吞吐量的增益與如下兩個(gè)因素有關(guān):

(1)未采用上行協(xié)同時(shí)的用戶吞吐量越低則相對(duì)增益越高;

(2)終端目前僅支持單發(fā)雙收，在下行方向看到兩個(gè)小區(qū)的路損差并不代表上行單天線到兩個(gè)小區(qū)的路損差，如果選擇的測(cè)試點(diǎn)其上行天線相對(duì)下行兩天線到鄰區(qū)的路損越小則鄰區(qū)JR 的貢獻(xiàn)越大，相對(duì)吞吐量的增益越高。

3.2 站間上行協(xié)同技術(shù)驗(yàn)證

為驗(yàn)證Cloud IRC 技術(shù)的增益，構(gòu)建如圖7所示的站間驗(yàn)證場(chǎng)景，其中主測(cè)小區(qū)A 接入1 個(gè)邊緣UE 和1 個(gè)中心UE，其中邊緣用戶RSRP 小于－110 dBm，而輔測(cè)小區(qū)B 和C 分別接入1 個(gè)中心UE。為示區(qū)別，在圖7中主測(cè)小區(qū)A 的UE 垂直擺放，其他小區(qū)的UE 傾斜擺放，與UE 的實(shí)際擺放狀態(tài)無(wú)關(guān)。

圖7 站間場(chǎng)景中終端放置示意圖Fig.7 Schematic diagram of UEs’positions in inter－sites scene

所有的UE 均進(jìn)行滿buffer 的FTP 上傳和下載業(yè)務(wù)，構(gòu)造本小區(qū)和鄰區(qū)均滿負(fù)荷的極限場(chǎng)景。測(cè)試過(guò)程中，首先關(guān)閉上行協(xié)同并記錄用戶15 min的平均吞吐量，然后打開(kāi)上行協(xié)同并進(jìn)行相同的操作。記錄顯示關(guān)閉上行協(xié)同時(shí)，邊緣用戶吞吐量為0.536 Mb/s，所有小區(qū)總吞吐量57.62 Mb/s;而開(kāi)啟上行協(xié)同時(shí)，邊緣用戶吞吐量為0.693 Mb/s，所有小區(qū)總吞吐量58.41 Mb/s。

通過(guò)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的分析，我們可以得到如下結(jié)果:

(1)邊緣用戶上行吞吐量提升29.3%;

(2)其余中心用戶的吞吐量基本保持不變。

4 結(jié)束語(yǔ)

LTE 系統(tǒng)中的上行協(xié)同主要是指JR，并需要小區(qū)間具備理想的傳輸條件。本文根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況，提出了不具備理想傳輸條件的小區(qū)間協(xié)同技術(shù)Cloud IRC，而基于軟合并的JR 和Cloud IRC 分別可類比于WCDMA 系統(tǒng)中的軟切換和TD－SCDMA 系統(tǒng)中的多小區(qū)聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)。

本文以現(xiàn)有的基站和傳輸部署為基礎(chǔ)，對(duì)上行協(xié)同技術(shù)進(jìn)行了研究和驗(yàn)證，使得全網(wǎng)的同頻鄰區(qū)間均可進(jìn)行上行協(xié)同。在有關(guān)試驗(yàn)中，基于軟合并的站內(nèi)上行協(xié)同技術(shù)可以提升主測(cè)小區(qū)邊緣用戶的平均吞吐量達(dá)89.9%，而基于干擾抑制合并的站間上行協(xié)同技術(shù)則可提升29.3%，結(jié)果表明上行協(xié)同技術(shù)可以有效提升邊緣用戶的上行吞吐量，為L(zhǎng)TE網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量提升提供了可部署的方案，并即將展開(kāi)規(guī)模應(yīng)用。

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