基于C-RAN架构的5G超密集组网技术研究*

陈 林，杨 波，刘重军

（京信网络系统股份有限公司，广东 广州 510663）

0 引言

eMBB、URLLC 和mMTC 是3GPP 标准定义的3 大应用场景。与LTE 系统相比，这些场景需要满足1 000 倍的容量、10～100 倍的用户速率、最低至1 ms的系统延迟和服务于10～100倍的终端数[1]。对于室内场景，5G 超密集组网是满足5G 系统容量需求的关键技术。然而，原有的组网方式随着小站部署的越来越密，小区边缘的干扰越来越大。终端在密集的小区间移动时，由于物理小区号（Physical Cell Identity，PCI）的不同，导致小区间切换频繁，大大降低了用户感知。本文基于C-RAN（Cloud RAN）架构，设计了一种基于Multi-TRP 技术和MU-MIMO技术的虚拟小区整体方案，以解决终端处于小区边缘的干扰和频繁切换问题，从而提高小区总的吞吐量。

1 C-RAN 组网架构

N个RRU 通过电缆或网线连接到HUB，每个HUB通过光纤连接到BBU。每个RRU 有一个2T2R/4T4R的发送天线端口，则N个RRU 或TRPs 合并为一个天线端口为2NT2NR/4NT4NR 的小区。UE 可以同时看到2N/4N个收发天线端口。所有的TRP 配置相同的物理小区ID。当UE 在TRPs 间移动时，BBU 会选择2 个信号质量最好的TRP 为UE 同时传输业务。N个RRU 组成一个C-RAN 的组网架构如图1 所示。

图1 C-RAN 组网架构

2 基于M-TRP 的方案设计

2.1 接入过程设计

多个TRPs 组成的虚拟小区，分别对应时隙中不同的SSB 时频资源位置发送同步信号[2]。UE 根据接收到的SSB 资源位置发起随机接入过程，基站侧根据PRACH 资源的时频资源位置确定UE 所在的TRP 位置。多TRPs 基于波束的接入TRPs 和SSB 位置关系如图2 所示。

图2 多TRPs 基于波束的接入的位置关系

2.2 S-DCI 方案设计

2.2.1 控制信道方案设计

（1）下行控制信道（Physical Downlink Control Channel，PDCCH）。对于多TRPs 之间通过理想Backhaul 连接的组网场景，采用单DCI的设计方案[3]。单PDCCH DCI 信息从TRP1 和TRP2 组成的组中的一个TRP 发送，数据从两个TRPs 同时发送。单PDCCH DCI 支持从多个TRPs 调度同一PDSCH 的相同数据层，且支持从多个TRPs 调度同一PDSCH 的不同数据层[4]。最多调度一个码字的4 层。基于单DCI 多TRPs 传输的控制和业务数据流，如图3 所示。

图3 基于单DCI 多TRPs 传输的控制数据流

（2）上行控制信道（Physical Uplink Control Channel，PUCCH）。对于单PDCCH DCI 方案，DCI 信息在其中一个如TRP1 上发送。PDCCH 同时调度TRP1和TRP2 上PDSCH 的相同时频资源。两个TRPs 上传输的是同一个PDSCH 的不同的层。UE 侧反馈收到的一个码字的HARQ-ACK 信息。HARQ-ACK 信息在TRP1 上的PUCCH 资源反馈，具体反馈过程如图4 所示。

图4 上行控制信道反馈示意

2.2.2 参考信号方案设计

参考信号主要考虑CSI和DMRS，下面分别讨论。

对TRP1 和TRP2，分别为UE 配置2 个CSI 报告配置，分别为CSI-ReportConfig 1 和CSI-ReportConfig 2。对CSI-ReportConfig 1，RRC 信元resources For Channel Measurement 配置为NZP CSI-RS 1 资源，RRC 信元nzp-CSI-RS-ResourcesForInterference 配置为NZP CSI-RS 2 资源，且对RRC 信元csi-IM-Resources For Interference 配置为ZP CSI-RS。对CSI-ReportConfig 2，则信道测量CSI 资源配置为NZP CSI-RS 2，NZP 干扰测量配置为NZP CSI-RS 1，IM 干扰资源配置为ZP CSI-RS。CSI-RS 测量上报如图5 所示。

对TRP1 和TRP2分别上报一个RI、PMI 和CQI。CQI 的具体计算公式如下：

式中：S为终端对TRP 测量得到的参考信号强度；INZP为NZP CSI-RS 资源上测量获得的干扰信号强度；IZP为ZP CSI-RS 资源上测量获得的干扰信号强度。终端针对TRP1 和TRP2 分别上报CSI1（RI1，PMI1，CQI1）和CSI2（RI2，PMI2，CQI2）。基站侧根据UE 上报CSI 的具体情况，采用动态传输点选 择（Dynamic Point Selection，DPS）或SFN 的 调度方式。

对于DMRS，NR 中支持1 个或2 个DMRS 端口组，且一个DMRS 端口组中的DMRS 端口之间具有QCL 关系，不同DMRS 端口组中的DMRS 端口之间没有QCL 关系。在用单PDCCH DCI 同时调度2 个TRPs 时，不同TRP 上分别使用不同端口组中的端口进行指示。具体使用DCI 中的Antenna port字段表示，如TRP1 使用端口0，TRP2 使用端口2进行数据传输。

2.2.3 业务信道方案设计

业务信道主要考虑PDSCH 和PUSCH，下面分别讨论。业务信道发送流程，如图6 所示。

图6 业务信道发送流程

对下行PDSCH 业务信道，在理想Backhaul 组网场景下，R15 标准支持相同的NR-PDSCH 数据流来自多个TRPs[5]。数据传输块经编码器编码后存放在循环缓存器中，再经过层映射映射到不同的DMRS 端口上。TRP1 对应的DMRS 端口和TRP2 对应的DMRS 端口分别属于不同的DMRS 端口组。TRP1 预编码器1 使用UE 上报的PMI1，而TRP2预编码器2 使用UE 上报的PMI2。调度器对TRP1和TRP2 分配的时频资源相同。

对上行PUSCH 业务信道，调度器对TRP1 和TRP2 采用时分的资源调度方式。发送的数据可以相同也可以不同。

2.3 M-DCI 方案设计

2.3.1 控制信道方案设计

（1）PDCCH。NR 支持基于多DCI 的多TRP传输，多个PDCCH 独立调度PDSCH 且PDCCH 和PDSCH 分别在独立的TRP 上传输[4]。多DCI 主要用于非理想Backhaul 场景，且R16 协议中有支持。基于多DCI 多TRPs 传输的控制和业务数据流，如图7 所示。

图7 基于多DCI 多TRPs 传输的控制数据流

（2）PUCCH。对于多DCI 调度的多PDSCH 传输，可以用多个PUCCH 信道来反馈相应的HARQACK 信息。PDCCH DCI1 和PUCCH1 位于TRP1 上，而PDCCH DCI2 和PUCCH2 位于TRP2 上。PUCCH1和PUCCH2 的格式可以是长格式（F1 和F3）或短格式（F0 和F2）。

2.3.2 HARQ 设计

对多DCI 调度的多PDSCH 传输场景，基站在每个对应的TRP 上应启用独立的进程，即要确保两个TRPs上传输的PDCCH DCI 中HARQ process number 字段要不同。终端侧收到来自两个不同的TRPs 的PDSCH 后，可以在相应的HARQ 进程集中进行处理。

3 分布式MU-MIMO 方案设计

3.1 MU-MIMO 流程

基于TRP1 和TRP2 协调传输的多用户空分复用用户配对流程，如图9 所示[2,6]。

图8 多DCI 上行控制信道示意

图9 MU-MIMO 流程

图9 中，基站向UE 发送SRS 请求消息，UE向TRP1 或TRP2 发送SRS 参考信号，基站通过计算H得到预编码矩阵V。基站通过预编码矩阵V得到参与MU-MIMO 的候选UE 集，分别在TRP1和TRP2 上 对UE 发 送NZP CSI-RS1 和NZP CSIRS2。其中，对每个UE 如果把NZP CSI-RS1 配置为信道测量，则把NZP CSI-RS2 配置为干扰测量。参与MU-MIMO 的候选UE 上报CSI 测量报告后，基站基于上报的CSI 测量报告中的CQI 值选择配对用户。选出配对用户UE1 和UE2 后，基站分别在TRP1 和TRP2 相同的时频资源上通过不同的DMRS端口组中的端口为UE 发送PDSCH 数据。

3.2 参考信号设计

通过把TRP1 和TRP2 上的CSI-RS 资源集分成多个组，UE 在多个CSI-RS 资源组之间进行资源分组[7-8]。比如，把CSI-RS 资源组分成两组，NZP CSI-RS1 对应在TRP1 上发送，NZP CSI-RS2 对应在TRP2 上发送。对UE1，把NZP CSI-RS1 资源配置为信道测量，把NZP CSI-RS2 资源配置为干扰测量；对UE2，把NZP CSI-RS2 资源配置为信道测量，把NZP CSI-RS1 资源配置为干扰测量；公共的ZP CSI-RS 资源配置邻区的干扰测量。MU-MIMO CSI报告配置，如图10 所示。

图10 MU-MIMO CSI 报告配置示意

3.3 配对用户选择

基站根据UE 上报的CQI 值和某一门限进行比较，如果在两个TRP 上传输的两个UE 同时满足这一门限，则认为这两个UE 满足MU-MIMO 的配对条件，否则认为这两个UE 不满足MU-MIMO 配对条件。

4 组网架构性能分析

4.1 移动性分析

本文研究的基于C-RAN 架构的超密集组网场景，所有TRPs 组成一超级小区，对UE 呈现一个物理小区号，从而避免UE 移动时在TRP 间频繁切换的问题。与原有每个TRP 作为一个物理小区的组网场景相比，由于没有切换，避免了原来切换带来的数据“掉沟”问题。

4.2 小区边缘干扰分析

与每个TRP 作为一个物理小区的组网场景相比，本文研究的基于C-RAN 架构的超密集组网技术可以降低UE 移动到TRP 覆盖边缘时信号干扰大的问题，把原来的干扰通过协同调度变成有用信号，大幅提高了小区边缘UE 的吞吐量。

4.3 仿真和测试结果分析

本文对基于C-RAN 架构的超密集组网技术进行性能仿真和实验测试验证，仿真和实测的结果如表1 和表2 所示。

表1 下行数据分析

表2 上行数据分析

仿真和测试结果基本验证了本文设计方案的可行性，可为后续产品的规模商用奠定了基础。

5 结语

本文对基于C-RAN 架构的5G 超密组网关键技术结合标准进展进行研究，首先提出了基于Multi-TRP 的设计方案，并给出了UE 接入过程、基于单PDCCH DCI 和多PDCCH DCI 的上下行控制信道、CSI-RS 和DMRS 参 考 信 号 和HARQ-ACK 反 馈 的设计方案；其次，对分布式MU-MIMO 方案，从流程、参考信号设计和配对用户选择等方面进行了分析；再次，对基于C-RAN 的超密组网架构，从移动性和小区边缘干扰方面进行了定性分析；最后，利用仿真和实验测试对所提方案进行了验证。随着5G Multi-TRP 标准的演进和完善，基于C-RAN 架构的5G 超密组网技术一定会在室内的组网场景中发挥重要的作用。