下行CoMP技术研究及性能测试

朱乃昌，翟浩田，梁纪兴

（中国移动通信集团设计院有限公司河北分公司，石家庄 050021）

TD-LTE系统为了提高频谱利用率，采用同频组网的组网方式。在同频组网场景下，位于小区边缘的用户将接收到来自相邻小区的同频干扰。因此，为抑制小区间干扰，提高小区边缘用户吞吐率，多点协作传输技术(CoMP)被引入。CoMP能够共享交换多个小区之间的信道信息和数据，并在此信息基础上对多个小区整体系统的性能进行优化，与LTE传统的基于单小区传输方案相比，CoMP可以有效提升小区边缘的用户性能。

CoMP通过地理位置上分离的多个传输点协同配合（联合传输、联合处理、协同调度等）实现相邻小区间的信息交互，对用户进行发射/接受，改善UE/eNode B的接受信号质量。该技术可以降低小区间干扰，提升小区边缘用户的信号质量和小区频谱效率，从而提升整个LTE网络性能。

1 CoMP的技术分析

1.1 概述

CoMP技术可分为上行多点协作接收技术和下行多点协作传输技术两种，本文对CoMP技术的研究主要集中在下行多点协作传输上。传统的MIMO传输模式都属于协作传输的范畴，但仅限于单小区内的协作，LTE-A中的CoMP本质是多小区多用户的MIMO系统，多小区指的是CoMP系统中参与协作的多个小区，多用户指的是需要协作服务的边缘用户。

1.2 下行CoMP方式比较

DL CoMP充分利用多小区间时频域、空域、功率域资源，在不损失平均吞吐量的同时，提升小区边缘用户的下行吞吐量。共分为3种方式： 多小区联合发送(JT)、多小区波束协调(CBF)和多小区选择发送(DCS)。

1.2.1 多小区联合发送Joint Transmit

JT是指物理下行共享信道（PDSCH）中传输的数据信息在多个传输节点间协同发，利用多个基站同时为一个或者多个用户服务，以提高接收信号的质量。相同的信息经过不同的信道在接收端进行合并，有效利用了不同信道的分集增益，提高信号接收质量。

JT方案适用于邻区间边缘被强干扰用户，CoMP UE频谱效率提升大于资源损失或者Cluster轻载场景下。采用JT方案可以提升边缘用户感受，改善切换吞吐量性能（如同频切换带就很有可能符合JT方案的场景）。

JT在多个小区同时传输CoMP用户的PDSCH数据，终端获取功率增益和阵列增益，要求协作小区测量CoMP用户的SRS并计算权值，要求协作小区采用服务小区信息对CoMP用户的导频加扰，终端由此获得联合发送的信道信息。

1.2.2 多小区波束协调Coordinated Beamforming

CBF是指通过预编码将信号在空间上相互分开，或通过协作簇之间的协作让避免相邻小区在同一时间上调度同一方向上的用户，瞬时选择强信号小区向终端发送，其它小区不发送。从而减少小区间的同频干扰，提高边缘用户的SINR。CBF在信息交互方面较简单，基站间不需要共享数据信息，对X2接口负担较小，更加贴近于工程应用。CBF方案适用于邻区间边缘干扰次强用户，CoMP UE频谱效率提升有限(SINR提升不能抵消资源复用的损失)。

目前各小区分布式处理的BF仅根据各自小区性能最优计算权值，而不考虑其它小区情况，因此有可能小区间相同时频资源的用户干扰较大。而CBF通过将协作集内相关性较小的用户配对，并对协作用户权值正交化处理，使得CoMP用户干扰被减小。

1.2.3 多小区选择发送Dynamic Cell Selection

DCS通过在同频邻区干扰RB上不调度其他用户数据来减小CoMP用户受到的同频干扰影响 ，使得本小区边缘用户干扰性能改善，从而提升边缘用户频谱效率。DCS方案实现约束少，可以在2T/4T/8T等不同天线场景、在终端低速/高速等不同信道环境下使用，对产品能力要求低；同时DCS方案牺牲了RB资源，在提升边缘用户感受的同时会降低小区平均吞吐量，所以DCS方案主要适用于小区轻载场景下。

DCS方案主要作为各种规格限制下（如天线数、MIMO模式等）的方案补充，以扩充JT和CBF对CoMP UE选择的约束(如BF、低速、SRS SINR满足要求等)。推荐使用在小区轻载的状态下。

下行CoMP 3种方式对比如表1所示。

1.3 下行CoMP用户选择

CoMP用户选择和协作小区选择流程如下。

A3事件上报＞＞小区天线数、终端移动速度等预判＞＞用户CQI判断＞＞相邻小区与服务小区的RSRP差值判断＞＞CoMP用户选择＞＞协作小区选择＞＞结束

DL CoMP特性首先需要确定小区中哪些用户需要并且适合进行多小区联合处理，这里通过UE的A3事件上报选择服务小区和邻区RSRP差值比较小并且UE的CQI比较低的用户作为DL CoMP的目标用户。

在确定CoMP用户后，A3事件中RSRP比较强的邻区则判断为协作小区。

CoMP用户根据处理方式不同区分为JT用户、CBF用户和DCS用户，通过A3Offset门限、CQI门限差异化和天线数、是否为BF用户等条件判断加以区分。

表1 下行CoMP 3种方式对比

1.4 下行CoMP协作调度

下行CoMP协作调度流程如下。

开始＞＞功率图谱计算＞＞站间协作小区选择＞＞CoMP UE与调度＞＞预调度及协作信息指示＞＞结束

功率图谱计算：根据收集到的各小区用户信息，基于设定的原则生成功率图谱和输出P=1小区预调度用户。

站间协作小区选择：从功率图谱为P=0的小区中选择满足协作条件的小区。

CoMP UE预调度：确定CoMP UE调度RB资源数和位置。

预调度及协作信息指示：将CoMP UE预调度的RB资源信息通过消息指示给CoMP UE的服务和协作小区。

2 下行CoMP性能测试

2.1 场景分析

某县城已实现4G网络全覆盖，4G用户较多、业务发展较好，话务量不断攀升。然而，TD-LTE系统为了提高频谱利用率，通常采用同频组网的方式。在同频组网场景下，某基站1、2小区方位角差值较小，而且位置较近，由于覆盖区内存在重叠覆盖较严重，采用调整方向角、下倾角等优化方法后，客观上仍会存在一定重叠覆盖，位于小区边缘的用户受到来自相邻小区的同频干扰。同时，该站覆盖范围内业务量较大且用户较集中，同频干扰问题将更为明显，SINR恶化，下载速率无法提升。切换带平均下载速率只有20884.26kbit/s。因此，系统需要某种技术来抑制小区间干扰，提高小区边缘用户吞吐率，改善KPI指标。

2.2 下行 CoMP算法

2.2.1 算法流程

开始＞＞启动下行 CoMP＞＞选择CoMP UE和协作小区＞＞多小区协作下行发射＞＞结束

2.2.2 基带板内下行 CoMP算法开启

(1) 配置“下行 CoMP A3偏置”。

(2) 开启“下行CoMP算法开关”的子开关(站内下行 CoMP开关)”。

(3) 开启“下行调度开关”的子开关(尾包优先调度开关 )”。

2.2.3 算法开启后验证

(1) 在客户端中，选择“监控 ＞ 信令跟踪 ＞ 信令跟踪管理”，打开信令跟踪窗口。

(2) 在信令跟踪管理窗口左侧双击“用户级下行CoMP监控”，启动跟踪任务。

(3) 选择所要跟踪的eNode B和UE。

通过观测站内下行 CoMP用户数、小区内DCS用户数、站内下行 CoMP用户调度RB均为非0，说明该算法正常生效。

2.3 下行CoMP优化效果

测试地点位于基站B小区和C小区两个小区之间，基站下行CoMP功能开关打开后，对下行下载速率的测试验证对比，经过对比发现打开下行CoMP后，在同站点下的两个校区中间的位置测试下载速率由平均20 Mbit/s提升到25 Mbit/s，有20%的提升，效果如图1所示。

图1 下行CoMP功能开启前后测试对比

3 推广应用

结合基站开启下行CoMP功能后，对下载速率有明显提升的验证案例，我们在某县城进行了推广应用，将某县城102个小区开启下行CoMP，并进行了拉网测试对比，以下为县城网格内下行CoMP功能开启后和开启前的性能指标对比情况如表2所示。

表2 下行CoMP功能开启前后性能指标对比

开启下行CoMP前后SINR PDF/CDF分布如图2所示。

图2 开启下行CoMP前后SINR PDF/CDF分布图

开启下行CoMP前后 PDCP层下载速率分布如图3所示。

图3 开启下行CoMP前后 PDCP层下载速率分布图

县城网格开启下行CoMP前后，对比拉网性能指标看，参数修改前SINR均值为12.49 dB，修改后SINR均值为13.4 dB，SINR提升1 dB；参数修改前PDCP层下载速率均值为32 Mbit/s，修改后PDCP层下载速率均值为34 Mbit/s，PDCP层下载速率提升2 Mbit/s。下行CoMP功能减少邻小区同频干扰，提高用户接收信号的信干噪比，从而改善小区边缘覆盖信号质量，进一步提高小区边缘用户的数据业务感知。

对网络的影响：

（1）提升边缘用户切换成功率和减少切换过程中的吞吐量下降。DL CoMP开启后可以提升边缘用户的MCS，即提升边缘覆盖，从而提升边缘用户切换成功率，同时减少边缘用户切换过程中的吞吐量下降。

（2）对边缘用户调度公平性有负面影响。在eNode B计算调度优先级时，相比关闭DL CoMP，边缘用户由于平均吞吐率提升，调度优先级会有所下降。因此，边缘用户的调度机会减少，同时将减少的调度机会补偿给小区中近点用户，从而达到全网用户调度公平。

优缺点分析：

（1）性能：开启CoMP后，下行边缘速率提升约13%，KPI指标也有一点改善。但需要小区间信息反馈、信息交互，会占用系统资源，可能造成一定的性能损失。

（2）建设难度：筛选同频干扰较严重的小区后，通过开启CoMP软件即可部署。但如需开启站间CoMP，需要额外安装硬件，增加建设复杂度。

（3）成本比较分析：CoMP技术在筛选同频干扰造成SINR相对较差的小区后，部署只需要打开相应的软件功能，成本低。但如果需要开启站间CoMP功能需要额外购买硬件，以支持站间信息交换。

4 结束语

CoMP是LTE-A的关键技术之一，利用多小区间时频域、空域、功率域资源，在不损失平均吞吐量的同时规避同频干扰，提升小区边缘用户的速率以及整体KPI指标。本文对CoMP技术进行了分析比较，着重探讨了下行CoMP中3种方式的特性。并结合CoMP的现网测试，进一步证实了CoMP在实际网络中，尤其是在对抗小区间干扰、提高边缘用户通信质量方面的优势。

[1] 刘方清. LTE-Advanced系统中CoMP技术研究[D]. 南京: 南京邮电大学, 2011.

[2] 骆纯. LTE-A CoMP中联合处理技术及系统性能研究[D]. 武汉:武汉理工大学, 2010.

[3] 王衍文. 多点协作传输中的联合处理技术研究[D]. 西安: 西安科技大学, 2013.

[4] 尹志伟. 多点协作传输中协作波束赋形技术的研究[D]. 西安:西安科技大学, 2013.