5G下行CoMP技术研究及测试验证

（中国移动研究院，北京 100032）

0 引言

LTE 后期国内外对CoMP 技术及性能进行了较为广泛的研究，包括下行CoMP[1-4]，以及上行多小区联合接收[5-7]。5G NR 系统采用同频组网，在密集城区等干扰受限的部署场景下，同频干扰将引起边缘用户性能的下降。由于站址资源协调困难、高站低站共存等原因，5G NR 现网存在重叠覆盖问题，尤其在部分满足网络规划RSRP 指标的重叠覆盖区域，存在SINR 较低、用户吞吐量性能无法满足要求的现象，且无法通过提升发射功率来解决。另一方面，Hetnet 典型组网下，宏宏、宏微、室内外干扰普遍存在。5G NR 系统常用的同频干扰解决方案，有频率选择性调度（FSS,Frequency Selective Scheduling）、小区间干扰协调（ICIC,Inter Cell Inteference Coordination）及多点协同处理（CoMP,Coordinated Multiple Points）等。CoMP 通过相邻小区间频繁大量的交互信息进而实现更加紧密的小区间协作，在4G 已被广泛应用。对于干扰严重的重叠覆盖场景，CoMP 可提高边缘用户SINR，降低小区间干扰，从而提高重叠区域小区边缘用户的吞吐率及用户体验。

1 下行CoMP技术原理

1.1 下行CoMP简介

CoMP 技术主要分为上行CoMP 及下行CoMP 两类，上行CoMP 技术通过采用多个小区的天线对单个用户的上行信号进行接收，可增强接收SINR 性能从而增强边缘覆盖。下行CoMP 技术主要通过多个小区间数据交互、联合调度、交互信道质量信息抑制同频干扰。下行CoMP技术主要分为以下三类：

（1）协作调度（CS,Coordinated Scheduling）。CS 是指在服务小区调度CoMP UE 的PRB 资源时，协作小区在对应的时频资源上不发送业务，以减小邻区边缘用户受到的同频干扰影响。因而CS 方案中，协作小区要做PRB 资源预留，服务和协作小区以毫秒量级快速交互调度信息[8]。

（2）协作波束赋型（CB,Coordinated Beamforming）。CB 是指利用波束赋形技术，在本小区终端进行波束赋形时，通过调整同频相邻小区间用户的波束方向，使得中近点用户为相邻小区边缘用户进行波束避让，将波束赋型的零陷指向CoMP UE，提升边缘用户频谱效率，规避小区间的同频干扰[9]。

（3）联合传输（JT,Joint Transmission）。JT 是指两个或更多小区同时为小区边缘用户发送数据，多个小区小区的天线组成一个更大的过天线设备，利用多天线波束赋形，让其他邻区的原本为干扰的信号变成有用信号，使SINR 大幅提升，协作集中的所有小区都向小区间边缘用户发送PDSCH 数据，获得功率增益和阵列增益，从而提高边缘用户的下行传输性能[10]。

从部署复杂度角度进行对比，CS 的部署复杂度最小，协作小区间仅需交互CoMP UE 调度的PRB 时频信息，由于CoMP UE 调度的PRB 上协作小区不发送业务，因而无需测量邻区信道；而CB 和JT 方案中，由于协作小区需要在CoMP UE 调度的PRB 位置上采用零陷波束赋型或为CoMP UE 发送下行数据，因而需要测量邻小区信道。JT 方案中除了邻区信道测量要求，还需交互CoMP UE 下行发送数据，对设备实现、传输时延、传输带宽的要求较高。

本文介绍的5G 下行COMP 为图1 中虚线红框的两种传输模式，一种为协作小区发送相同的流，提高功率增益（与4G 相比增加了通道数）；一种为协作小区发送不同的流，利用信道的空间特性，提高流数（与4G 相比5G 下行CoMP 服务小区和协作小区可传输不同的流）。

图1 本文介绍的5G下行CoMP方案分类

1.2 5G下行CoMP JT基本原理

4G DL CoMP 的JT 应用场景为信道质量较差的场景，终端下行单流且MCS 较低；在信道质量较好时，比如信道可支持传输双流/MCS 较高，系统会根据频谱效率自适应退出COMP。因为4G 存在CRS 参考信号，服务小区CRS 会与协作小区的PDSCH 冲突，协作小区对应服务小区CRS 的PDSCH 数据需要打孔，性能会损失。另外，协作小区的CRS 同样会干扰到服务小区的PDSCH 数据。因此，4G DL CoMP 技术两个TRP 只能传输相同数据流。

5G DL COMP 5G 的相同之处为均是通过小区间天线联合发送技术提升交叠区域性能。5G DL CoMP 技术服务小区和协作小区不仅可以传输相同资源的相同流，也可以传输相同资源的不同流。图2 所示为5G 站内DLCoMP 应用场景，对于密集城区高密度重叠覆盖场景，服务小区和协作小区传输相同资源的不同流提高容量；对于弱覆盖场景，服务小区和协作小区传输相同资源的相同流提高分集增益。

图2 5G站内DL-CoMP应用场景

接下来介绍5G DL CoMP JT 的实现方案，下文的实现流程及测试验证是针对理想回传场景，即共BBU 的站内DL-CoMP 方案，方案对终端透明。如图3 所示，站内DL-CoMP 实现方案主要流程为：首先终端测量广播波束SSB，其次进行协作用户、协作小区的选择，然后服务小区及协作小区协作测量及上报（信息交互：CoMP UE 全部调度信息、下行数据、信道质量、A/N 等），之后进行协作模式的选择，最后进行多天线的协作调度。下面介绍站内DL-CoMP 实现方案的主要流程。

图3 站内DL-CoMP实现方案

（1）协作小区的选择

如图4 所示，基站根据A3 测量进行协作小区的选择，在上报了A3 测量的邻区中选择与服务小区配置（收发模式、频点、带宽、时隙配置等）相同且RSRP 最强的小区（服务小区和协作小区的信号强度差满足一定门限）作为协作小区。

图4 协作小区选择及协作测量的配置及上报

（2）协作测量的配置及上报

1）CSI-RS 配置及上报：服务小区与协作小区联合发送一套周期/非周期CSI-RS 资源进行协作模式下的CQI/RI/PMI 测量，终端向服务小区上报信道测质量测量结果。

2）SRS 配置及上报：服务小区配置SRS 资源，协作小区上不分配SRS 资源，但在协作小区上对SRS 进行测量，根据测量到的SRS SINR 判断SRS 测量的可靠性。服务小区和协作小区根据信道环境选择下行波束赋形的方式。

（3）协作模式判决和数据传输

如图5 所示，基站根据频谱效率及SRS-SINR 判断协作模式：SRS-SINR 可靠性高，两小区联合测量频谱效率高于单小区谱效率一定比例时，服务小区和协作小区对DL COMP UE 进行联合发射处理。

基站根据频谱效率自适应判决数据传输的模式，也即服务和协作小区发送相同/ 不同流的调度。当数据信道SINR 低于一定门限（如5 dB）时服务小区和协作小区分别独立给用户发送相同的数据流，获取不同小区的功率增益；当数据信道SINR 高时服务小区和协作小区分别独立给用户发送不同的数据流，通过协作提升空间复用率，多传输数据信息，可提升边缘用户（峰值）速率。

图5 协作模式判决和数据传输

2 5G下行CoMP性能验证

基于第1 节5G 下行CoMP 的技术原理，本节将讨论对64TR+64TR、64TR+32TR 下行JT 的性能进行验证并对测试结果进行分析。

2.1 64TR+64TR下行JT性能验证

首先介绍测试条件，服务小区和协作小区的工参几乎相同，频段为2.6 G，基站的站型也即收发模式为64TR，共BBU，两小区的带宽均为100 M，站高为10 M，机械下倾为3°，方位角分别为80°、210°，SSB 为8 波束，CSI-RS 的周期为20 ms，SRS 配置为周期自适应。图6 为64TR+64TR 的外场测试场景，测试终端放在两扇区交叠的两条路。选取5 个点位进行测试，测试结果如图6 和表1 所示。图6 为64TR+64TR 场景特性增益图，表1 为终端具体的测试结果。

图6 64TR+64TR测试场景

图7 的横轴为5 个测试点位终端的RSRP 值，括号内的数值为服务小区和协作小区的电平差，横坐标按照电平差递减排列。从图中可以看到，电平差为1/2/3/4/5 dB 几个等级，大体趋势为电平差值越低，增益越大（RANK抬升幅度基本相当）；点位1 由于RANK 抬升不明显，增益稍低。总体来看，5 个测试点位在特性打开后增益在7%～30% 之间，RANK 平均抬升1.4 阶（60%），MCS降低4 阶（16%）。用户吞吐量的提升主要在于RANK的抬升，但流数增多会导致流间干扰增加，MCS 下降，解调性能会下降，但用户吞吐量会上升，用户体验会提高。

图7 64TR+64TR场景特性增益图

2.2 64TR+32TR下行JT性能验证

64TR+32TR 下行JT 性能验证的测试条件与64TR+64TR的测试条件基本一致。服务小区和协作小区的工参相同，频段为2.6 G，基站的站型也即收发模式粉分别为64TR 和32TR，共BBU，两小区的带宽均为100 M，站高为27 m，机械下倾为3°，SSB 为8 波束，CSI-RS 的周期为20 ms，SRS 配置为周期自适应。方位角分别为230°，300°。图8 为64TR+32TR 的外场测试场景，测试终端放在两扇区交叠的一条路上。在交叠区域选取5 个点位进行测试，测试结果如图8 和表1 所示。图8 为64TR+64TR 场景特性增益图，表2 为终端具体的测试结果。从图9 和表2 可以看到，点位1/3 电平差值在3 dB左右，增益较低；点位2/4/5 电平差值在1.5 dB 左右，增益较高。5 个点位进行测试，特性打开后增益在9%～22%之间，RANK 平均抬升0.5 阶（16%），MCS 平均下降0.2 阶（1%）。本组所有点位RANK 抬升均不明显，特性增益主要与电平差值大小相关。该测试所有点位基线RANK 较高，从服务小区和协作小区发送不同数据无法大幅抬升流数，但由于不同数据从不同小区发送降低了空间信道相关性，空间多样性增大，提升了终端多流解调性能，带来了增益。

表1 64TR+64TR场景测试结果

图8 64TR+32TR测试场景

2.3 小结

密集城区高密度重叠场景和一般城区弱覆盖场景都是DL COMP 典型应用场景，可通过DL-COMP 联合发送技术（自适应发送相同/不同数据）来提升交叠区用户吞吐率。本文验证了站内DL-COMP 在2 种场景的性能，小区间联合发射可以带来的性能增益在5%～30%。DL COMP 特性在服务小区和协作小区的交叠区（电平差值＜一定门限）生效，协作小区的选择由终端A3 测报决定。测试结果表明服务小区和协作小区RSRP 差值越小，服务小区和协作小区之间的相关性越低，且服务小区RANK 越高，MCS越高，在提升流数的同时流间干扰越低，增益越大。

3 结论

本文对下行CoMP 技术进行介绍，并重点介绍了下行CoMP 的分类，5G 下行CoMP 与技术与LTE 下行CoMP 的主要差异，5G 下行CoMP JT 的基本原理以及具体的实现流程。针对2 种场景对5G 下行CoMP JT 技术进行了性能验证及分析。测试结果表明服务小区和协作小区RSRP 差值越小，服务小区和协作小区之间的相关性越低，且服务小区RANK 越高，MCS 越高，在提升流数的同时流间干扰越低，增益越大。

图9 64TR+32TR场景增益

表2 64TR+32TR场景测试结果