協(xié)作通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)與干擾分析

摘要:頻分設(shè)計(jì)方法犧牲了3G系統(tǒng)中固有的宏分集增益而使得長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE)技術(shù)不能發(fā)揮最大優(yōu)勢(shì)，因此在LTE的演進(jìn)LTE-A中提出了協(xié)作通信技術(shù)。系統(tǒng)級(jí)協(xié)作通信把性能提高到極致。為了獲得系統(tǒng)級(jí)增益，取得更高的頻譜效率、更可靠的性能，需要采用協(xié)作通信技術(shù)。在LTE-A中引入了多點(diǎn)收發(fā)、智能中繼、協(xié)作天線等多種技術(shù)，增大了系統(tǒng)的覆蓋能力，并且使得用戶終端平穩(wěn)切換，在切換區(qū)域的流量增大及服務(wù)質(zhì)量更好。

關(guān)鍵字:長(zhǎng)期演進(jìn)技術(shù)；多點(diǎn)協(xié)同傳輸；小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)；軟頻率復(fù)用

英文摘要:Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) in Long Term Evolution (LTE) system is fulfilled at the expenses of the inherent macrodiversity gain in 3G systems. In order to improve the network performance of LTE system, Coordinated Multi-Point (CoMP) transmission/reception technology is proposed in LTE Advanced (LTE-A) as a compensation of system gain to get more Spectrum Efficiency (SE). LTE-A introduces multiple technologies like CoMP, smart relay and coordinating multiple antenna to enlarge system coverage, ensure stable handover of user terminals and allow more throughput and fulfill better Quality of Service (QoS) in the handover zone.

英文關(guān)鍵字:long term evolution; coordinated multi-point; ICIC; SFR

1 協(xié)作通信技術(shù)背景與原理

長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE)技術(shù)是設(shè)計(jì)良好的高級(jí)技術(shù)。在無(wú)線接入網(wǎng)部分，首先，利用下行和上行的正交頻分復(fù)用/離散傅立葉變換-擴(kuò)頻正交頻分復(fù)用(OFDM/DFT-SOFDM)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了小區(qū)內(nèi)完全正交的信道，極大消除了同小區(qū)干擾；其次，多天線技術(shù)的收發(fā)分集、空分復(fù)用、波束賦形等使用方式的靈活轉(zhuǎn)換，靈活利用了空間信道的特性，增大流量，克服干擾；此外，多小區(qū)干擾協(xié)調(diào)(ICIC)機(jī)制，第一次突破了單個(gè)小區(qū)獨(dú)立控制的思路，將多小區(qū)看做一個(gè)大系統(tǒng)，引入聯(lián)合協(xié)調(diào)干擾的思想。因此，LTE系統(tǒng)的鏈路流量已經(jīng)接近香農(nóng)極限，在LTE系統(tǒng)的后續(xù)演進(jìn)中，對(duì)于更高的頻譜效率要求[1]，鏈路級(jí)技術(shù)改進(jìn)所能做的工作已經(jīng)有限，而為了達(dá)到提升鏈路級(jí)性能(SINR)的目的，必須轉(zhuǎn)而尋求系統(tǒng)級(jí)的解決手段。協(xié)作通信技術(shù)就是在這種背景下被引入到LTE系統(tǒng)中的。

協(xié)作通信是指系統(tǒng)中多個(gè)基站(eNodeB)或者多個(gè)基站和天線站遠(yuǎn)程射頻單元(RRU)同時(shí)進(jìn)行多點(diǎn)發(fā)送/接收的技術(shù)，用戶終端(UE)將與多個(gè)基站和天線站之間建立上下行鏈接進(jìn)行通信�；�站與多個(gè)天線站、多個(gè)基站之間可以用光纖進(jìn)行網(wǎng)狀互聯(lián)，如圖1所示。具體地說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)中插入天線站，或者基于現(xiàn)有站點(diǎn)形成分布式天線系統(tǒng)[2]，進(jìn)行與UE間的多發(fā)多收，稱為協(xié)同多點(diǎn)傳輸技術(shù)(CoMP)；當(dāng)直接利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，在各個(gè)基站之間用光纖互聯(lián)，多個(gè)基站直接與UE進(jìn)行通信，稱為基站間協(xié)同技術(shù)。這兩種形式都是協(xié)作通信在實(shí)際中的應(yīng)用。圖1是基站間協(xié)同技術(shù)的示例，在這種情況下，其中一個(gè)基站是與UE通信的主基站，其他基站則退化為RRU天線站。

協(xié)作通信主要利用了系統(tǒng)處理的增益，為了帶來(lái)多站協(xié)作的增益，需要在具體技術(shù)中考慮多站協(xié)作問題。目前還在研究中的最主要的幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)有：

(1)智能關(guān)聯(lián)。UE能夠自動(dòng)搜尋路損最小的發(fā)送站點(diǎn)進(jìn)行接入。

(2)站間負(fù)荷均衡技術(shù)。多個(gè)站點(diǎn)共同分擔(dān)覆蓋區(qū)域內(nèi)的業(yè)務(wù)負(fù)荷，需要站間通信協(xié)調(diào)業(yè)務(wù)分擔(dān)和資源使用情況。

(3)多天線協(xié)作MIMO技術(shù)。多個(gè)覆蓋站點(diǎn)每個(gè)都可以采用不同的多輸入多輸出(MIMO)使用形式，例如多站點(diǎn)覆蓋的區(qū)域，不同用戶可以占用相同的時(shí)頻資源，但由多個(gè)站點(diǎn)分別對(duì)不同用戶進(jìn)行波束賦形，區(qū)分用戶，提高頻譜效率。

(4)協(xié)作站點(diǎn)選取技術(shù)。選擇恰當(dāng)?shù)恼军c(diǎn)個(gè)數(shù)、分布位置進(jìn)行多站協(xié)作，以期達(dá)到最優(yōu)的合作效果。

(5)動(dòng)態(tài)ICIC技術(shù)[3]。在多站協(xié)作通信中，采用光纖連接的多個(gè)基站能夠進(jìn)行快速的數(shù)據(jù)通信，因此能夠?qū)崿F(xiàn)真正的動(dòng)態(tài)ICIC技術(shù)，協(xié)調(diào)小區(qū)間的干擾。

2 網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)

2.1 應(yīng)用協(xié)作通信網(wǎng)技術(shù)后的網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)

經(jīng)典的宏蜂窩組網(wǎng)常用宏站、微蜂窩組成分層混合網(wǎng)絡(luò)，宏站進(jìn)行連續(xù)覆蓋，微蜂窩用于熱點(diǎn)覆蓋、盲區(qū)覆蓋，對(duì)宏蜂窩的業(yè)務(wù)熱點(diǎn)進(jìn)行吸收，同時(shí)補(bǔ)充宏蜂窩連續(xù)覆蓋產(chǎn)生的覆蓋漏洞和盲區(qū)。以LTE系統(tǒng)為例，在R8中，宏蜂窩和微蜂窩組成分層網(wǎng)絡(luò)覆蓋的形式，采用軟頻率復(fù)用(SFR)方式進(jìn)行多個(gè)小區(qū)之間、宏微蜂窩之間的頻率規(guī)劃，那么組網(wǎng)形式如圖2所示。