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1、网络技术电信网技术2009年9月第9期LTE-Advaneed系统中的协作多点传输技术刘思杨工业和信息化部电信研究院通信标准研究所工程师摘 要 根据目前 3GPP的进展，介绍了 CoMP技术，给岀了几种经典的 CoMP方案，总结和 说明了其对 LTE-Advaneed系统设计带来的挑战以及目前的标准化进程。关键词 LTE-Advaneed 协作多点传输 联合处理 协调调度/波束赋形# 1QQ4-2010 China Avadumic Joirmal Electronic Publishing HutHe All rights rvscrvvd. h(lp;W.vnkilIIu!1引言随着技术的
2、不断发展和网络的日趋演进，移动通信与无线接入在相互角逐的同时，逐渐走向互补融 合、共同发展，作为3GPP推岀的第3代移动通信系统 3G)演进版本的 LTE ong Term Evolution )系统即是 这种趋势的产物。LTE系统通常也被称为3.9G，被视作从3G向4G演进的主流技术，可以在20MHz的带 宽内支持上行50Mbit/s和下行100 Mbit/s的峰值速 率，在频谱效率、用户面/控制面时延、小区边缘频 谱 效率等方面远远高于3G系统。2008年初，国际电信联盟ITU正式启动了 4G系统IMT-Advaneed的工作 计划。为了满足IMT-Advaneed的要求，3GPP随后开
3、始了 LTE-Advaneed简称LTE-A )标准的制定工作 。在小区边缘频谱效率方面，IMT-Advaneed要求包括：(1) 室内下行达到0.1bit/s/Hz，上行达到0.07 bit/s/Hz。(2) 微小区下行达到0.075bit/s/Hz，上行达到 0.05bit/s/Hz。(3) 宏小区下行达至U 0.06bit/s/Hz，上行达到 0.03bit/s/Hz。(4) 高速下行达至U 0.04 bit/s/Hz， 上行达到 0.015bit/s/Hz。为了提高小区边缘用户的性能，满足小区边缘频谱效率的要求,LTE-A系统中引入了协作多点传输技 术，即 CoMP(Coordinat
4、ed Multi-Point)技术。由于 CoMP 技术可以在多个小区间共享信道和数据信息并在这 些信息的基础上优化多个小区的整体系统性能，相比于在单小区基础上确定传输方案的LTE系统，其有效改善了边缘用户的性能 。2 CoMP技术简介在LTE系统中，相邻小区通过传输流量负载指示 和过载指示来协调相邻小区之间的干扰水平，被认为是一种简单形式的 CoMP技术。在LTE-A系统中，这 种简单的多点合作技术已经不能满足系统性能的要 求，为了进一步提高小区边缘的性能，系统必须传输 更多的反馈，设计更为复杂的控制信令，并使更多的 信息在小区间被交互使用 。值得注意的是，CoMP技术 不仅代表小区间多个基
5、站之间的合作，也代表1个小区内多个传输节点之间的合作。对于上行CoMP技术来 说，1个用户终端发送的 上行信号被多个接收节点所接收。一般来说，用户终端并不需要知道信号是如何被基站所接收和处理的，终端需要知道的是与上行信号有关的下行信令是如 何被提供的。这些信令可以像 LTE系统那样仅仅由服 务小区的物理下行控制信道PDCCH )提供给用户终 端，上行CoMP技术基本上不涉及标准化,3GPP讨论的CoMP技术也基本上局限于下行CoMP技术。在目前的3GPP中，CoMP仅指数据的CoMP，即 物理下行共享信道PDSCH)中传输的信息在多个传 输节点的CoMP ,PDCCH中传输的控制信息并不进行
6、CoMP，由终端所在的服务小区eNodeB单独进行传送。根据数据信息 即PDSCH中传输的信息)是否在 多个传输节点之间进行共享。下行CoMP技术可以分网络技术电信网技术2009年9月第9期 1 4-2010 China Avadcmic Journal Electronic PctlishinL* Huu輻 All rights rvscrvvd. h(lp;kvw-tnkiLiiuli1JI为两类：联合处理技术：在此类技术中，所要传输的数 据信息在CoMP合作集的每个传输节点间进行共 享。根据数据信息是否同时由多个传输节点进行传 送，又可将此类技术分为联合传输技术和动态小区 选择技术。在联
7、合传输技术中，用户终端同时接收由多个 传输节点发送的 PDSCH信息，并对这多个信息进行 相干或非相干合并，从而提高接收信号的质量抑制其 它用户终端对此终端的干扰。在动态小区选择技术中，用户终端不同时接收由多个传输节点发送的PDSCH信息，而是每次只接收一个传输节点发送的PDSCH信息，但传输节点可以根据信道质量的好坏在CoMP合作集中的多个传 输节点间随时进行更换 。协调调度/波束赋形技术：在此类技术中，所要传输的数据信息只能由服务小区所在的eNode B进行发送，如何调度和如何进行波束赋形则是由多个传输节点共同决定的。3 典型CoMP方案3.1单用户联合传输方案如图1所示，在这类技术中，多
8、个传输节点同时 为一个用户终端服务 ，传输相同的信息。由于相同的 信息经过不同的信道在接收端被合并起来，终端有效利用了不同信道提供的分集增益，提高了信号的接收质量，从而提升了终端的信能。信号的合并可以在符 号级进行，类似于单频网接收，这种合并称为相干合 并；信号的合并也可以在比特级进行，类似于HARQ 的两次传输，这种合并称为非相干合并。单用户CoMP 接收由于使用了多个小区的资源，造成了频谱利用率的下降。3.2多用户联合传输方案如图2所示，在这类技术中，多个传输节点同时 为多个用户终端服务。每个传输节点都拥有多个用户 的数据信息，但是每个节点拥有的预编码矩阵不同。如果每个用户终端到所有传输节
9、点的信道信息都能 被每个节点精确得到的话，则可以通过迫零预编码矩阵或者块对角化预编码矩阵有效地克服多用户间的干扰，进而提升终端的接收信号质量，提高系统性能。由于此类技术需要在每个节点获得从每个终端到所 有节点的精确短时信道信息，因而更适合于能有效利用信道对称性的 TDD系统。應1图1单用户联合传输方案3.3协调预编码方案在如今的LTE系统中，每个用户终端仅仅反馈自己最优的预编码矩阵，而不考虑其他小区的情况，因此有可能导致不同小区使用相同资源的终端之间的 干扰较大。为了降低小区间的干扰丄TE-A系统可以通过让每个用户终端反馈一组预编码矩阵来提高系 统性能。在这组预编码矩阵中，不但包括使自己性能最
10、优的预编码矩阵，而且包括相临小区推荐的使自己所受干扰最小的预编码矩阵；多个小区之间彼此共享预编码矩阵集，通过合适的调度算法来综合考虑这些 预编码矩阵集，并为每个小区选择合适的预编码矩 阵，从而达到整体性能的最优化。值得注意的是，这类技术属于协调调度/波束赋形技术，数据信息并不在多个传输点之间共享。协调预编码方案参见图3。31】小闻丨址从曲*:n卓時邁搭u-Al-K. _.三K. _M.-K-ffi 3协康fi塢码方塞4 CoMP带来的挑战及标准化进程本节结合目前的标准化进程从CoMP分簇, CoMP反馈和资源划分进行说明。4.1 CoMP 分簇由于CoMP技术涉及到多个传输节点之间的合 作，因
11、此有必要明确是哪些传输节点进行合作、哪些 传输节点进行传输。目前，3GPP定义了 CoMP合作 集，CoMP传输集和 CoMP测量集。c9632-Numbered_49164ea7-bd56-4d CoMP合作集：直接或间接参与 PDSCH传输 的传输节点集合。对UE透明或非透明。c9632-Numbered_49164ea7-bd56-4d CoMP传输集：直接向用户终端传送PDSCH的传输节点集合。CoMP传输集是 CoMP合作集的子集。对于联合传 输，CoMP传输集是CoMP合作集 中某部分传输节点的集合。对于动态小区选择 ，在每个子帧中，CoMP传输 集只对应于CoMP合作集的某一个传
12、输节点 ，但在不 同子帧传输节点可以在 CoMP合作集中动态变化 。对于协调调度/波束赋形技术，CoMP传输集 即是服务小区。c9632-Numbered_49164ea7-bd56-4d CoMP测量集：小区的集合，隶属于此测量集中小区的CoMP终端，需反馈从此终端到此测量集中 所有传输节点之间的信道测量信息。CoMP测量集有可能和 CoMP合作集一致。4.2 CoMP 反馈为了支持CoMP技术，3GPP中岀现了若干种增 强型的反馈方案 。目前，将CoMP的反馈机制确定为3类：显性的信道状态/统计信息反馈终端反馈的是接收机观察到的信道信息，没有经过相应的发射端/接收端处理。反馈内容包括两部分
13、：信道部分 如反馈信道矩阵/协方差矩阵或者反馈 信道矩阵/协方差矩阵的主要特征值分量)噪声干扰部分反馈噪声干扰的协方差矩阵或者此矩阵的主要 特征值分量)。从理论上来说，显性的反馈由于反馈了更多的 信息，可以获得比隐性反馈更好的性能，基站端也可 以设计更为灵活的CoMP方案。终端可以通过 CSI-RS测量来获得 CoMP合作 集中的下行信道状态信息并直接将其反馈给基站端，但这样的反馈信息量太大 ，会给反馈信道带来太大的 压力；对于信道的快速变化和反馈延迟比较敏感 。相比于直接反馈信息状态信息，反馈信道的统计信息可以减小其对信道快速变化以及反馈延迟的 敏感性。同时，由于信道的统计信息反映的是信道的
14、 一种长期趋势，因此可以减小反馈的频率，减小反馈 信道的负担。隐性的信道状态/统计信息反馈终端反馈的是经过发送端/接收端处理的信道信息如 CQI/PMI/RI )。基站端的CoMP方案必须基于反馈的 CQI/PMI/RI，在设计 CoMP方案的灵活性 方面不如显 性的信息反馈。 CQI/PMI/RI反映的是较长期的信道状况，对于信道的快速变化和反馈延迟不是特别敏感。相比于显性的信息反馈，其对于上行反馈信道的负担较小。通过上行Sounding参考信号来获得信道状态 信息利用TDD系统的信道对称性适应于TDD系统。在LTE-A系统中，由于需要测量来自多个小区的 信道信息，针对LTE系统设计的 So
15、unding参考信号 是否能适用于 LTE-A系统还需进一步的研究。4.3资源划分CoMP技术对LTE-A系统资源划分的挑战主要 表现在相干合并联合传输技术。相干合并联合传输技术的核心思想是利用不同传输节点的发射信号在空# 1 4-2010 China Avadcmic Journal Electronic Publishing House. All rig.hls rvscrvvd. h(lp;w-tnkilUcI TELECOMMUNICATIONS NETWORK TECHNOLOGY No.9NETWORK TECHNOLOGY l*Q4-20 LO China Avadcmic Journal El cclronic Publishing Hyusc中接口处的自然合并，这就要求不同传输节点传输相同信息的时频资源要重叠起来。由于不同小区有不同的资源划分，容易引起不同小区之间的资源冲
