LTE-A多点协作传输技术

两个基站协作的示 意图：
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LTE-A多点协作传输技术
CoMP的分类
在传统的频率复用因子为1的多小区系统中，小区间 的同频干扰依然存在，这也 是导致边缘用户性能下降的主要原因之一。 如下图所示：
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LTE-A多点协作传输技术
COMP技术
CoMP技术通过基站间共享一些必要的信息，可以有 效地消除此类小区间干扰。根 据基站间是否共享用户的 数据信息，可将CoMP分为两类：联合传输/处理（JP， Joint Processing）和协作调度/Beamforming。
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LTE-A多点协作传输技术
引言
在MU-MIMO （Multi-User MIMO）技术中，基站在相同的时频资源 块上同时服务多 个用户，这些用户间的干扰可以通过预编码技术有效地消除，在很大的程度上提高 了小区整体吞吐量。加上虚拟MIMO技术的协助，阿尔卡特－朗讯等公司在韩国召开 的3GPP TSG RAN第54次会议上第一次提出了协作MIMO的概念，也即CoMP的 雏形。协作 MIMO通过基站间协作，共享一些必要的信息，如调度信 息、信道状态 信息、数据信息等，可以有效地降低小区 间干扰，甚至变废为宝，化干扰为有用信 号，从整体上 提高小区吞吐量，尤其是边缘用户吞吐量。 时至今日，经过一年多的激烈讨论，CoMP技术日趋 成熟。
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几种常见的CoMP技术
在联合传输/处理情况下，又根据M =1或M >1而分 为两种情况：CoMP-SU-MIMO（CoMP Single User MIMO）和CoMP-MU-MIMO （CoMP Multi-User MIMO）。下面将具体介绍CoMP-SU-MIMO、CoMP- MUMIMO以及协作调度/Beamforming这几种典型的 CoMP方案。
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CoMP中的反馈机制
反馈机制分类 由于涉及基站间的协作，LTE-A系统的CoMP反馈 机制比LTE系统复杂。3GPP 根据UE反馈的不同，大致分 为三种： （1）显式反馈：是指UE反馈的是直接观测到的信 道，没有经过任何处理，如 信道矩阵、信道相关阵等。 这种反馈方式从理论上来说，信息量最大，但是在实际 的系统中考虑到反馈量的大小，一般需要对反馈信息进 行处理，即隐式反馈。
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联合传输/处理
协作的多个基站（也称为协 作簇）对用户数据进行联合预处理，消除基站间的干 扰。 协作簇内的基站不仅需要共享信道信息，还需要共 享用户的数据信息。整个协作簇 同时服务一个或多个用户。
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协作调度/Beamforming
（2）协作调度/Beamforming：协作簇间通过协 作，对系统资源进行有效的分配， 尽可能地避免小区边 缘用户使用的资源在时频资源上的冲突。该方式下，协 作簇间 只需要共享信道信息，不需要共享数据信息。簇 内的基站各自服务各自的用户，即 一个UE只由一个基站 服务。
摘要
协作式多点传输是LTE-Advanced（LTE-A）系统中的关键技术之一，文章介绍了该 技术产生的背景、基本原理、分类以及几种典型的协作方案，最后提出了FDD下的 协作式多点传输在反馈机制方面面临的挑战。
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LTE-A多点协作传输技术
引言
为了满足LTE-A系统在频点、带宽、峰值速率、平均吞吐量、边缘用户吞吐量、时延 以及兼容性等各方面 的新需求[1]，3GPP在LTE-A系统中提出了很多新的关键 技术， 协作式多点传输（Coordinated Multiple Point (CoMP) Transmission/Reception）技 术就是其中之一。 虽然OFDM技术通过子载波的正交性有效地消除了 小区内干扰， 但是在频率复用因子为1的多小区系统中，小区间干扰（ICI，Inter-Cell Interference） 依然存在， 成为小区吞吐量以及边缘用户吞吐量进一步提高的主要 障碍之一。为了 解决这个问题，3GPP等组织先后提出并 讨论过多种技术，如功率控制、灵活的频 率复用、随机 干扰消除等。这些技术一般都能提高边缘用户吞吐量， 但是往往多以 小区整体吞吐量为代价。
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几种常见的CoMP技术
经研究发现，对于每个小区的中心用户，不协作的 时候性能就已经很好，如果 对这部分用户也采用CoMP- MU-MIMO的协作方式，在为抑制簇内干扰做联合预处 理的时候，反而会损失部分信号能量，得不偿失。所以 在CoMP-MU-MIMO中，也 可以采用类似于CoMP-SU- MIMO的方法，只对边缘用户采用CoMP-MU-MIMO方 案， 对中心用户不采用协作方式。常用的用户划分方法 有geometry法则、吞吐量法则等。
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LTE-A多点协作传输技术
概述
LTE-A的主要技术特征： 为了满足IMT-Advanced（4G）的各种需求指标，3GPP针对LTE-Advanced提 出了几个关键技术，包括载波聚合、协作多点发送和接收、接力传输、多天线增强 等。
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LTE-A多点协作传输技术
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反馈结构设计原则
（2）反馈模式的灵活性 ◆显式反馈、隐式反馈和基于SRS的反馈，这三种 不同的反馈并不相互排斥， 可以相互融合、灵活转换； ◆以单小区反馈为基础，以多小区联合反馈作为补 充。
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结语
作为LTE-A的关键技术，协作式多点传输技术有效 地降低了小区间干扰，提高了小区的性能，尤其是边缘 用户的性能，在这一方面有 着其他关键技术不可比拟的 优势。但是在协作式多点传输技术正式应用之前，仍然 存在着很多需要解决的问题，如反馈机制的设计、基站 间信息的交互等，如何在性 能、复杂度、反馈量以及后 向兼容性等各个方面取得平衡，是3GPP在CoMP技术研 究中的重点。
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反馈结构设计原则
1）不同传输模式反馈的统一 ◆无论是CoMP还是非CoMP的不同传输方案，接收 端不需要知道，也即“透 明”； ◆对于CoMP和非CoMP，保持统一的反馈结构； ◆对于不同的CoMP方案，如CoMP-SU-MIMO、 CoMP-MU-MIMO、协作调度等， 可以灵活地转换。
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CoMP中的反馈机制
(2)隐式反馈：是指UE反馈的是经过处理之后的 信道信息，如CQI、PMI、RI等。 隐式反馈虽然在一定的 程度上造成了预编码性能的损失，但是可以有效地降低 反馈 量，是性能与反馈量之间的一个折中。如何在性能 损失最小的情况下最大程度地降低反馈，是现在研究的 一个热点问题。
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几种常见的CoMP技术
CoMP-SU-MIMO 在该模式下，协作基站簇在一个时频资源块上只调 度一个用户，完全没有簇内 干扰。该方案对受到邻区干 扰较为严重的小区边缘用户有较大的增益，但是由于协 作簇内所有基站只对一个用户服务，导致频谱利用率降 低。所以通常情况下，对于 小区的中心用户，不采用协 作方式，依然如LTE系统中各自由其主服务基站服务， 协作簇内也不需要共享它们的信道信息和数据信息，降低了信息交互量。
CoMP协作簇的选择方式
（3）半动态协作：在该协作方式下，预先确定一个 大的协作集（预协作集）， 然后UE在预协作集中动态地 选择参与协作的基站，最终协作的基站数小于或者等于 预协作集中的基站数。这种协作方式明显比静态协作的 适应性更强，复杂度相对动 态协作小，是3GPP讨论较多 的一种协作方式。
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几种常见的CoMP技术
协作调度/Beamforming 相对于联合处理/传输，协作调度/Beamforming在信 息的交互方面比较简单，基 站间完全不需要共享数据信 息，对X2接口的负载相对较小，时延也会有所降低，这 也是协作调度/Beamforming逐渐成为关注焦点的主要原 因之一。 采用协作调度技术之后，用户反馈的预编码矩阵 不仅仅是小区内对自身最优的 一个而是多个。然后根据 协作簇内相互间干扰最小原则，从用户反馈的预编码矩 阵 集中选择一个作为该用户的预编码矩阵。通过这样的 协作之后，虽然单个小区的性 能不一定最优，但是对协 作簇的整体性能有很好的改善。在时频资源充足的情况 下， 只需要最少的反馈，协作调度可以很好地避免干 扰。
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几种常见的CoMP技术
CoMP-MU-MIMO 协作基站簇在一个时频资源块上同时服务多个用 户，即M >1，这样就会产生簇 内干扰，故基站端需要利 用联合预处理算法抑制簇内干扰，常用的预处理算法有 ZF 算法、BD算法[3]、大间距BF算法等。通过消除簇内干 扰，CoMP-MU-MIMO可以获 得比CoMP-SU-MIMO更 好的增益。尽管预处理算法可以比较有效地抑制簇内干 扰， 但前提是协作基站簇可以准确地获得信道信息。这 不仅对UE的反馈机制有很高的要 求，而且基站间信息量 的交互也过大，在很大的程度上增加了系统的复杂度， 成本 较高。
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CoMP概述
对于上行CoMP，一个用户终端（UE）发送的上行 信号被多个基站接收，一般来说，UE并不需要知道信号 是如何被基站接收和处理的， 只需要知道与上行信令有 关的下行信令是如何被提供的。
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COMP系统模型
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几种常见的CoMP技术
相对于协作调度，协作Beamforming不需要基站间联合协作调度，仅在基站端利用 联合预编码技术消除簇 内干扰，这一点跟CoMP-MU-MIMO很相似，不同之处 在于，协作Beamforming中 用户数据只由其主服务基站 单独发送，这样可以大大地减少基站间的信息交互。
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CoMP协作簇的选择方式
百度文库
2）动态协作：根据UE反馈的干扰源信息，其主 服务基站动态地选择对该UE服务的 协作簇。该方式下， 同一个基站的不同UE对应的协作簇可能不一样，这样对 于每 个UE来说，都是最大程度地消除了小区间干扰；但 是该方式比较复杂，实现起来代 价高。
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CoMP中的反馈机制
(3)基于SRS信道的反馈：是指根据上行sounding 信号，利用互异性获得下行信 道信息。这种反馈只适用 于TDD系统。 根据反馈的颗粒度，主要是针对时间/频谱资源而 言，又可将反馈分为两种： （1）长期信道反馈：它降低了反馈量，适用于相关 性较强的信道。 （2）短期信道反馈：反馈的信道比较精确，但是反 馈负担大。
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COMP的分类
（a） 联合传输/处理
（b） 协作调度/Beamforming
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CoMP协作簇的选择方式
对于CoMP协作簇的选择，主要有三种不同的方式： （1）静态协作：根据一定的准则固定地选择几个 基站协作，一般是选择干扰较 大的几个基站，这样有利 于消除最强的几个小区间干扰。该协作方式简单易行， 但 是同一个基站中的所有UE，其对应的协作簇都一样， 这样对处于不同地理位置的 UE来说，不一定可以消除最 强的小区间干扰，公平性得不到保障；而且随着UE的 移 动，其最强干扰源也会随之改变，静态协作无法满足这 种动态的变化。
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LTE-A多点协作传输技术
成员：陈祎、郑和平、张金炎、王乾 教师：郭心悦 学 院：光电信息与计算机工程学院
LTE-A多点协作传输技术
概述
LTE-A是LTE-Advanced的简称，是LTE技术的后续演进： LTE俗称3.9G，这说明LTE的技术指标已经与4G非常接近了。LTE与4G相比较， 除最大带宽，上行峰值速率两个指标略低于4G要求外，其他指标都已经达到4G标准。 而将LTE正式带入4G的LTE-A的技术整体设计则远超过4G的最小需求。在2008年6 月，3GPP完成了LTE-A的技术需求报告，提出LTE-A的最小需求：下行峰值速率 1Gbps，上行峰值速率500Mbps，上下行峰值频谱利用率分别达到15Mbps/HZ和 30Mbps/HZ。这些参数已经远高于ITU的最小技术需求指标，具有明显优势。