基于非理想回程CoMP改進技術的研究

閆晟東

【摘要】 CoMP作為一種變干擾為增益，增加下行吞吐量的技術，在LTE Release 12中提出的小基站增強技術中被認為是核心技術之一。但是在現有的網絡基站部署條件下，主基站和小基站之間的X2鏈路不是通過光纖連接，而是大量使用xDSL連接。但是xDSL的延遲會嚴重影響CoMP的增益效果，甚至失去增益變為干擾。本文提出了一種方案，在特定QCI環境下，減弱X2鏈路延遲的影響，使CoMP技術達到設計增益效果。

【關鍵詞】 雙連接 載波聚合 非理想回程 架構 移動

協調多點傳輸和接收（Coordinated Multipoint Transmission and Reception， CoMP）技術用于應對LTE網絡中的小區間信號干擾。這種技術使得臨近的天線可以協作傳輸數據以增強用戶設備（User Equipment， UE）在小區邊緣位置的信號強度，降低其干擾，增加其可達到的數據速率。因為其需要相鄰天線共享協作，所以需要在X2鏈路上共享CSI數據，因此，高帶寬和低時延是CoMP回程的兩個關鍵需求。3GPP為CoMP做的仿真實驗結論是：CoMP系統在同構網絡中可以提供增效，在異構網中也表現出了增效，并且增效會受到延遲的影響。文獻[1]表明，使用CoMP技術可以使得小區平均吞吐量（AVG Cell Throughput）提升15.4%，5%邊緣吞吐量（5% Edge Throughput）提升13.7%。但是CoMP技術需要臨近的天線近乎實時地共享信道狀態信息（Channel State Information，CSI），才能使得臨近天線發出的信號可以疊加并且增強而非影響并相互削弱。因此，這一技術要求臨近天線之間的回程延遲非常低，文獻[2]中提到回程時延1ms時，系統容量將下降5%，回程時延5ms時，系統容量會下降20%。即，延遲達到5ms時，CoMP技術就完全喪失了增益效果，反而減少了系統吞吐量。

然而在小基站增強技術中，由于大量使用了xDSL線路作為主基站和小基站的連接線路，因此系統存在15-60ms 的延遲[3]，此時，使用CoMP技術系統容量將會下降約17%。本文在QCI為7（語音， 直播視頻， 互動游戲）情形下提出了一種解決方案，用以減輕xDSL延遲對CoMP技術帶來的損益。

一、架構解決方案

1、添加時間戳。考慮到不影響CoMP和其他LTE技術的運用，本文選擇PDSCH部分作為時間戳存放位置。使用0.1毫秒作為計數單位，0.1毫秒計時為1，計時最大值為65535（略大于1分鐘），占用16bit。由于16bit在長度為1ms的子幀（CFI=1時，物理層最大bit數為43200bit）中占用的比例約為0.037%-0.043%，因此在下文的模擬中將僅進行近似計算。

2、添加高速緩存。現行LTE基站設計中最高的單站下行吞吐率為600Mbps，xDSL環境下延遲約0.1ms。而當前DDR4內存的訪問時間為24-93ns，理論帶寬30GB/s，完全足以作為當前LTE基站的高速緩存。

二、NS3模擬仿真

系統仿真模擬了7個均勻分布的主基站，每個主基站中配置2個小基站，小基站隨機分布。又配置了41個UE將它們隨機分布于小基站中，并且將它們與最近的主基站和小基站相連。

其他模擬參數如下：

通過模擬，得出的結論如下表所示。可以看出，CoMP技術在回程延遲的情況下，總吞吐量損益非常明顯，而且比較接近于文獻[1]中測試出的總吞吐量11.1%損益和5%最差吞吐量17.7%的結論。同時，在添加了高速緩存后，總體吞吐量和5%最差吞吐量的損益均控制在了0.5%以下。這說明在QCI為7的條件下，高速緩存可以作為減弱xDSL損益的解決辦法。

三、結語

在QCI為7的情況下，高速緩存可以有效的消除xDSL延遲對CoMP造成的損益，并且在用戶總吞吐量和5%最差吞吐量上的損益減少非常明顯。由于這方面的性能增益主要以非理想回程為基礎，且增加高速緩存的CoMP技術對現有網絡和終端協議棧架構的影響都在可接受的范圍中，因此更具備實際應用意義。值得注意的是，增加高速緩存的CoMP技術并未消除延遲，所以不能適用于VoIP等對網絡延遲要求苛刻的環境。因此，在未來的研究工作中，需要評估現有的協調技術，并尋找更適用于苛刻網絡延遲要求的技術。

參 考 文 獻

[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.