基于非理想回程CoMP改进技术的研究

闫晟东

【摘要】 CoMP作为一种变干扰为增益，增加下行吞吐量的技术，在LTE Release 12中提出的小基站增强技术中被认为是核心技术之一。但是在现有的网络基站部署条件下，主基站和小基站之间的X2链路不是通过光纤连接，而是大量使用xDSL连接。但是xDSL的延迟会严重影响CoMP的增益效果，甚至失去增益变为干扰。本文提出了一种方案，在特定QCI环境下，减弱X2链路延迟的影响，使CoMP技术达到设计增益效果。

【关键词】 双连接 载波聚合 非理想回程 架构 移动

协调多点传输和接收（Coordinated Multipoint Transmission and Reception， CoMP）技术用于应对LTE网络中的小区间信号干扰。这种技术使得临近的天线可以协作传输数据以增强用户设备（User Equipment， UE）在小区边缘位置的信号强度，降低其干扰，增加其可达到的数据速率。因为其需要相邻天线共享协作，所以需要在X2链路上共享CSI数据，因此，高带宽和低时延是CoMP回程的两个关键需求。3GPP为CoMP做的仿真实验结论是：CoMP系统在同构网络中可以提供增效，在异构网中也表现出了增效，并且增效会受到延迟的影响。文献[1]表明，使用CoMP技术可以使得小区平均吞吐量（AVG Cell Throughput）提升15.4%，5%边缘吞吐量（5% Edge Throughput）提升13.7%。但是CoMP技术需要临近的天线近乎实时地共享信道状态信息（Channel State Information，CSI），才能使得临近天线发出的信号可以叠加并且增强而非影响并相互削弱。因此，这一技术要求临近天线之间的回程延迟非常低，文献[2]中提到回程时延1ms时，系统容量将下降5%，回程时延5ms时，系统容量会下降20%。即，延迟达到5ms时，CoMP技术就完全丧失了增益效果，反而减少了系统吞吐量。

然而在小基站增强技术中，由于大量使用了xDSL线路作为主基站和小基站的连接线路，因此系统存在15-60ms 的延迟[3]，此时，使用CoMP技术系统容量将会下降约17%。本文在QCI为7（语音， 直播视频， 互动游戏）情形下提出了一种解决方案，用以减轻xDSL延迟对CoMP技术带来的损益。

一、架构解决方案

1、添加时间戳。考虑到不影响CoMP和其他LTE技术的运用，本文选择PDSCH部分作为时间戳存放位置。使用0.1毫秒作为计数单位，0.1毫秒计时为1，计时最大值为65535（略大于1分钟），占用16bit。由于16bit在长度为1ms的子帧（CFI=1时，物理层最大bit数为43200bit）中占用的比例约为0.037%-0.043%，因此在下文的模拟中将仅进行近似计算。

2、添加高速缓存。现行LTE基站设计中最高的单站下行吞吐率为600Mbps，xDSL环境下延迟约0.1ms。而当前DDR4内存的访问时间为24-93ns，理论带宽30GB/s，完全足以作为当前LTE基站的高速缓存。

二、NS3模拟仿真

系统仿真模拟了7个均匀分布的主基站，每个主基站中配置2个小基站，小基站随机分布。又配置了41个UE将它们随机分布于小基站中，并且将它们与最近的主基站和小基站相连。

其他模拟参数如下：

通过模拟，得出的结论如下表所示。可以看出，CoMP技术在回程延迟的情况下，总吞吐量损益非常明显，而且比较接近于文献[1]中测试出的总吞吐量11.1%损益和5%最差吞吐量17.7%的结论。同时，在添加了高速缓存后，总体吞吐量和5%最差吞吐量的损益均控制在了0.5%以下。这说明在QCI为7的条件下，高速缓存可以作为减弱xDSL损益的解决办法。

三、结语

在QCI为7的情况下，高速缓存可以有效的消除xDSL延迟对CoMP造成的损益，并且在用户总吞吐量和5%最差吞吐量上的损益减少非常明显。由于这方面的性能增益主要以非理想回程为基础，且增加高速缓存的CoMP技术对现有网络和终端协议栈架构的影响都在可接受的范围中，因此更具备实际应用意义。值得注意的是，增加高速缓存的CoMP技术并未消除延迟，所以不能适用于VoIP等对网络延迟要求苛刻的环境。因此，在未来的研究工作中，需要评估现有的协调技术，并寻找更适用于苛刻网络延迟要求的技术。

参 考 文 献

[1] 3GPP TR36.819. Coordinated multi-point operation for LTE physical layer aspects （Release 11） [S]，2013.

[2] Chen F， Xu W， Li S， et al. Non-Ideal Backhaul based Spectrum Splitting and Power Allocation for Downlink CoMP in Cognitive Macro/Femtocell Networks[J]. Communications Letters， IEEE， 2014，18：1031-1034

[3] 3GPP TR36.932. Scenarios and requirements for small cell enhancements for E-UTRA and E-UTRAN[S]，2015.