LTE-5G学习笔记17--COMP技术讲解

一、简介
　　LTE具有高带宽、低时延、高速率等特点，是移动通信新的发展方向。由于LTE使用高带宽（最大20M），全网使用同一频段，同频干扰成为LTE主要干扰因素。LTE面临的最大挑战是在小区边缘，如果在传输过程中使用一些协调，可以很大的提高这个小区系统频谱的使用效率。
　　CoMP技术的引入将会极大地提升小区边缘性能。目前R8/R9的系统中已可实现上行CoMP， 3GPP R11将实现下行站内CoMP，并对上行CoMP进行了优化。
　　二、CoMP技术原理
　　多点协作传输Coordinated Multipoint（简称CoMP）是LTE-A定义的一种新技术，该技术现仍处于发展与标准制定过程中。CoMP技术的实质是在不同基站之间通过协同处理干扰、或者避免干扰、或者将干扰转化为有用信号，为用户提供更高速率，从而提高网络的利用率。本质上，CoMP技术是MIMO技术在多小区下的应用，利用空间信道上的差异来进行信号传输。
　　CoMP技术引入的主要目的是提升网络性能特别是对于小区边缘用户的速率。针对于下行链路需要通过CoMP动态协调eNode-B之间对某UE数据传输，实现用户速率提升。
　　根据参与CoMP处理的小区是否归属于同一eNode-B来区分，CoMP可以分为同一eNode-B（Intra-eNB）CoMP和不同eNode-B（Inter-eNB ）CoMP两种方式。
　　Intra-eNB只需要本基站内部各小区间交互CoMP处理相关的业务数据和控制信息，较易于实现；而Inter-eNB则需要在基站间交互这些信息，主要利用eNode-B之间的X2接口交互信息，对X2接口带宽有很高要求，时延也比前者更大，目前标准中讨论的CoMP方案基本上都是Intra-eNB方式。
　　下行CoMP在实现方式上可以分成两大类：多小区间动态调度/波束赋形（CS/CB）和多小区联合处理（Joint processing， JP）。对于上行CoMP实现方式为多小区联合接收（Joint reception）。
　　2.1多小区动态调度/波束赋形（CS/CB）
　　使用CS/CB时，某一UE接收数据仅由某一服务小区进行传输，具体服务小区由CoMP算法确定同时由CoMP协调其它小区干扰情况。
　　CS/CB以牺牲部分频率选择性增益为代价，使得小区间信号发射的方向错开，从而减小干扰，提升SINR。同时数据仅由某一服务小区进行传输使得对于传输需求变化较小。
　　从CS/CB技术分析可知，该技术对小区中心和边缘用户都适用。
　　2.2多小区联合处理（JP）
　　使用JP时，UE接收数据由处于CoMP的协作点集合中的每个eNode-B传输。JP技术目的是通过多小区联合处理改善UE侧接收信号的强度与质量，同时需要减少对其它UE的干扰。JP技术又可分为：联合传输和动态小区选择/静默。（图3）
　　a. 联合传输（Joint Transmission：JT）：一个UE的数据同时在多个点（CoMP协作集合的一部分或全部点）进行传输，通过该技术实现改善接收信号质量并实现对其它UE干扰消除。
　　根据香农定理，只有当SINR很低时，SINR的提升才能带来吞吐量的大幅度提升且超过RB资源的损失，从而提高单位RB的吞吐量，获得边缘用户的吞吐量提升；而对小区中心用户SINR指标较好，通过对SINR提升带来的吞吐量提升不足以弥补RB资源的损失，因此不能获得吞吐量增益。
　　因此，JT只适用于小区边缘用户，而对小区中心用户不适用。
　　b. 动态小区选择/静默（DCS/Muting）：一个时刻，CoMP协作点集合中只有一个点传输UE的数据，其他协作点不传输数据或者给其他UE传输数据。小区间切换通过高层信令指示，切换的速度较慢，而DCS可以根据UE上报的RSRP进行快速小区选择，使得UE总能找到信号最强的传输点，提高发射和接收性能。Muting的实际使用价值不大，完全可以用JT代替。
　　因此，DCS只适用于小区边缘用户。同时由于JP需要在数据传输时需要多个eNode-B同时向UE进行数据传输，这样导致对于整体传输带宽要求大于未使用CoMP技术网络。
　　三、CoMP技术优缺点
　　虽然LTE CoMP技术是一个复杂技术，但是它给LTE网络带来很多的好处：
　　提升无线资源利用率：终端同时由多个基站服务，通过CoMP可以选择最好小区为终端提供服务，实现最小资源最大速率体验，从而有效提升无线资源利用率；
　　改善小区间切换性能：由于UE同时与多个小区保持连接状态，这意味着小区的总体接收能力的提升并将极大地减少掉话情况的发生；
　　多基站接收提升接收功率：CoMP使得每个UE与多个基站或小区相连，通过处理使得UE接收电平得到提升；
　　干扰消除：使用专门合并技术可以有效利用有用干扰而不是无用干扰，从而降低小区间的干扰。
　　由于LTE速率快，时延短，为了实现各小区之间的协调处理对于各小区间的时频同步要求也极其严格。对于点与点之间的信息传递时延，R8/9/10里的协调是基于X2 协议，而X2口一般认为是not-so-low-latency（十几个毫秒）；而CoMP则必须为low-latency（微秒级），因此光纤是标配；且在各点之间的时频（time-frequency）同步要求上，CoMP（尤其是JT）对同步指标要比R8/9/10里的协调严格的多（要高一个数量级左右，如果后者时间同步精度为3us，则CoMP的时间同步精度要达到0.3us，才能使得JT成为可能）。较高的时频同步要求需要将BBU集中放置并使用GPS同步
　　四、总结
　　CoMP具有提升整体频谱利用率、改善小区间切换性能、提升UE接收功率和干扰消除等优点，同时由于其对时频同步要求较高导致要求较高的网络配置要求（BBU集中放置并使用GPS同步）。CoMP技术的复杂性使得至今该技术仍未晚善。在网络部署中，需要根据网络需求情况合理选择CoMP技术方式，实现网络性能的最大提升，满足用户的实际需求。

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