關鍵技術 三：LTE-A 協作多點傳輸 | 帶你讀《5G UDN（超密集網絡）技術詳解》之十二

第 2 章 LTE 微蜂窩和小小區技術

2.3.3　LTE-A CA

2.3.4　LTE-A 協作多點傳輸

在集中式 MIMO 已經沒有提升空間的情況下，分布式 MIMO、協作多點成 為新的性能提升點。協作多點（CoMP，Cooperated Multiple Point）是在 LTE-A 中新引入的概念，它把網絡 MIMO、協作 MIMO、虛小區 / 群小區等概 念融合，統一稱作 CoMP。CoMP 和 MIMO 技術都是基于多天線技術，通過實體 層複雜的基帶處理，實作空域自由度的利用。MIMO 一般是指地理位置集中放置 的多天線系統，強調對集中的多天線在實體層緊緊耦合在一起，以友善 MIMO 信 号的聯合處理；而 CoMP 是指地理上分布放置的多接發節點的多天線系統，采 用動态緊耦合或者半靜态松耦合對多天線進行聯合空間信号處理。CoMP 實體層 耦合性的要求低于 MIMO，甚至多發射接收節點可以跨基站分布。集中式 MIMO 和分布式 CoMP 其實都是 UDN 虛拟小小區，通過實體多天線 / 多發射接收點的 方式，在空間域形成的一種極緊湊的耦合協作方式（達到符合級别的粒度），可 實作對相同實體區域内的無線時頻域資源，在空間域的最大限度隔離和協同複用。

CoMP 傳輸是一種提升小區邊界容量和小區平均吞吐量的有效途徑，其核 心思想是當終端位于小區邊界區域時，它能同時接收來自多個小區的信号，同 時它自己的傳輸也能被多個小區同時接收。在下行，如果對來自多個小區的發 射信号進行協調以規避彼此間的幹擾，能大大提升下行性能；在上行，信号可 以同時由多個小區聯合接收并進行信号合并，同時多小區也可以通過協調排程 來抑制小區間幹擾，進而達到提升接收信号信噪比的效果。

按照進行協調的節點之間的關系，CoMP 可以分為同站點的協作多點 （Intra-site CoMP）和跨站點的協作多點（Inter-site CoMP）兩種。

（1）同站點的協作多點發生在一個站點（eNode B）内，此時因為沒有回 程（Backhaul）容量和時延的限制，可以在同一個站點的多個小區 / 扇區 / 接 入點（Cell/Section/AP）間互動大量的資訊。

（2）跨站點的協作多點發生在多個站點間，對回程容量和時延提出了更高 要求。反過來說，跨站點的協作多點性能也受限于目前回程的容量和時延能力， 如圖 2-7 所示。

典型的 CoMP 場景為每個傳輸點都對應着一個邏輯小區，既擁有自己的 CellID。但小區内多個 RRU 構成的分布式天線模式也應是 CoMP 的重要應用場景。

1. 下行協作多點發射

在下行協作多點發射（下行 CoMP）中，按一個資料包是否在多個協作節 點 / 小區上同時發送，可以分為協作排程 / 波束賦形（CS/CBF，Coordinated Scheduling/Beamforming）和聯合處理（JP，Joint Processing）兩種。對于 CS/CBF，一個資料包隻在一個服務節點上發送，但相應的無線資源排程和下 行發射權重等需要協作的多個節點間進行動态資訊互動和協調，以盡可能減少 多個小區的不同傳輸之間的互幹擾。聯合處理進一步分為聯合發送（JT，Joint Transmission）和動态節點選擇（DPS，Dynamic Point Selection）兩種方式。其中， JT 是指一個資料包可以在多個協作節點 / 小區上同時發送，這些協作的多節點 / 小 區可以看作虛拟的單個小區；DPS 是指一個資料包可以動态選擇一個服務節點發送。

一種常見的 CS/CBF 方式是終端對多個小區的信道進行測量和回報，回報 的資訊既包括期望的來自服務小區的預編碼向量，也包括鄰近的強幹擾小區的 幹擾預編碼向量，多個小區的排程器經過協調，各小區在發射波束時盡量使得 對鄰小區不造成強幹擾，同時還盡可能保證本小區使用者期望的信号強度。

在聯合處理方式中，既可以由多個小區執行對終端的聯合預編碼，也可以 由每個小區執行獨立的預編碼、多個小區聯合服務同一個終端。既可以多小區 共同服務來自某個小區的單個使用者，也可以多小區共同服務來自多小區的多個使用者。這種方式通常有更好的性能，但對回程的容量和時延提出了更高要求。

2. 上行協作多點接收

上行聯合接收是指協作集合内的部分或者全部的小區同時接收處理同一個 終端的上行信号，可以獲得接收分集增益和功率增益。

（1）上行接收處理方式

• 各小區獨立檢測，選擇譯碼正确的作為最終結果，其他的抛棄。
• 主小區對協作小區傳輸過來的資料進行聯合檢測。
• 兩者結合，主小區首先單獨檢測，如果錯誤，則重新與協作小區接收的數 據進行聯合檢測。

其中聯合檢測的實作方式有以下兩種。

• 均衡後的資料（軟比特）進行合并譯碼，類似 HARQ 的合并過程。
• 均衡前資料合并接收。不同小區聯合接收，等效提供了更多的接收天線。

上述幾種實作方式獲得的增益不同，當然實作的複雜度、對 X2 接口的需求、 HARQ 回報過程都有差別。

（2）各小區獨立檢測的實作方式

參與上行聯合接收的各小區接收來自終端的上行信号，然後各自獨立進行 信道估計、均衡、譯碼、CRC 校驗。如果 CRC 檢驗正确，則協作小區把譯碼 正确的使用者資料發送給主小區，否則丢棄該資料。如果主小區從各協作接收小 區收集了譯碼正确的資料，則判決本次資料接收正确。如果主小區判決本次數 據接收錯誤，則向終端發送 NACK，終端進行 HARQ 重傳。

具體實作時，可以進一步降低 X2 接口傳輸。各小區獨立檢測，但不會主動把 資料發送給主小區。主小區首先自己獨立譯碼并 CRC 校驗，如果發現自身譯碼錯 誤，則查詢各協作小區是否有正确譯碼，如果有，則把正确的譯碼結果發送給主小區。 這種方式小區間隻需要傳輸譯碼後的資訊比特，是以對于 X2 接口的帶寬要求很低。 不過由于不能合并接收，是以不能獲得合并分集增益。應屬于選擇接收，選擇接收 信号最好的作為最後的結果。

（3）主小區對協作小區傳輸過來的資料進行聯合檢測

參與上行聯合接收的各小區接收來自終端的上行信号，把譯碼前的資料發 送給主小區，由主小區進行聯合檢測。根據合并機制的不同，小區間傳輸可 以為 CSI 和均衡前的資料，也可以為軟比特資訊和其他輔助資訊（均衡後的 SNR）。

這種方式需要小區間傳輸大量資訊，是以對 X2 接口的帶寬要求很高，同時 處理複雜度也很高。可以獲得分集增益和功率增益。其中，均衡前資料合并接 收方式的資訊損失最少，獲得的增益最高。

（4）兩者結合的處理方式

即主小區首先單獨檢測，如果錯誤，則重新與協作小區接收的資料進行聯 合檢測，這種方式是上述兩種方式的折中。

為了保證好的 CoMP 操作效果增益，同基站内的多發射接收節點配置最佳， 跨基站情況下 CoMP 技術對網絡基站間的接口性能有較高的要求。比如，宏基 站 eNB 和 LPN eNB 最好來自同一裝置廠商，通過較低延遲時間且高帶寬的回程鍊 路連接配接在一起，且彼此達到較好的時頻同步狀态。這些苛刻的部署配置要求， 極大地增加了同頻異構網的部署成本，限制了 CoMP 技術在跨基站或者異廠家 裝置對接場景下的廣泛應用。在同基站内，由于不存在基站間的時頻同步和協 同排程，是以相對比較容易實作和應用。

跨站點的 CoMP，主要通過協調多個基站之間的工作，來提高服務小區 邊緣的資料吞吐率和高資料率傳輸的有效覆寫範圍，進而提高整個系統的 容量。基站間通過 X2 接口信令互動着各自本地無線資源的配置設定資訊假設， CoMP 傳輸假設、并與增益标準相關聯，來實作跨基站的協同傳輸。每一個 收到的 CoMP 傳輸假設都涉及發送方基站、接收方基站或者它們的相鄰基站。 與 CoMP 傳輸的相關增益标準是：量化了假設使用協作多點傳輸能獲得的增 益。接收基站方的 CoMP 假設和增益标準可以被無線資源管理（RRM，Radio Resource Management）所使用。相鄰小區參考信号的接收強度（RSRP， Reference Signal Receiving Power）和信道狀态資訊（CSI，Channel State Information）報告，也是可以用于輔助跨基站 CoMP 操作。例如，RSRP 和 CSI 報告都可以用來決策或證明 CoMP 假設以及相關的增益标準。RNTP 增強 技術也可以用于跨站點的 CoMP 傳輸，用來交換基站間各自采用的頻域功率配置設定資訊。

理論上，CoMP 傳輸也可應用于 5G gNB 基站内的同頻相鄰小區之間，但 在 5G UDN 小小區部署環境下，小區邊緣性能可能沒有宏小區的情況那麼惡劣。

2.3.5　LTE-A 小小區開關