1、4G学习笔记一、LTE_Advanced系统中的协作多点传输_COMP_技术1、IMT-A的要求：2、CoMP技术可以在多个小区间共享信道和数据信息并在这些信息的基础上优化多个小区的成体系统性能，比单小区基础上确定传输方案的LTE系统，有效的改善了边缘用户的性能。3、目前CoMP仅仅指的是数据的CoMP，即物理下行共享信道（PDSCH）中传输的信息在多个传输节点的CoMP。4、下行CoMP技术根据数据信息（PDSCH）中传输的信息）是否在多个传输节点之间进行共享，可分为： 联合处理技术（JP joint processing）：所要传输的数据信息在CoMP合作集的每个传输节点间进行共享。根据数
2、据信息是否同时由多个传输节点进行传送，可以将联合处理技术分为 联合传输技术：用户终端同时接收由多个传输节点发送的PDSCH信息，并对着多个信息进行相干或非相干合并，从而提高接受信号的质量抑制其它用户终端对此终端的干扰。 动态小区选择技术：用户终端不同时接受由多个传输节点发送的PDSCH信息，而是每次只接受一个传输节点发送的PDSCH信息，但是传输节点可以根据信道质量的好坏在CoMP合作集中的多个传输节点间随时进行更换。 要求：协作节点之间共享用户设备UE的信道状态信息以及数据信息。 协调调度/波束赋形技术（CS coordinated scheduling/CBF）：所要传输的数据信息只能由服
3、务小区所在的基站进行发送，如何调度和如何进行波束赋形则是由多个传输节点共同决定的。 也就是说，各协作基站只通过共享调度信息()来服务各自小区内的用户。要求：协作节点之间共享用户设备UE的信道状态信息。5、典型CoMP方案： 根据协作基站共同服务的用户数，可以分为5.1SU-COMP和5.2MU-COMP5.1单用户联合传输方案：多个传输节点同时为一个用户终端服务，传输相同的信息。由于相同的信息经过不同的信道在接收端被合并，终端有效的利用了不同的信道提供的分集增益，提高了信号的接收质量，从而提升了终端的信能。 信号的合并可分为：相干合并：在符号级进行，类似于单频网接收。 非相干合并：比特级进行，
4、类似于HARQ的两次传输。 缺点：使用了多个小区的资源，造成了频谱利用率的下降。5.2 多用户联合传输方案：热点。多个节点同时为多个用户终端服务。 每个传输节点都拥有多个用户的数据信息，但是每个节点拥有的预编码矩阵不同。如果每个用户终端到所有传输节点的信道信息都能被每个节点精确得到的话，可以通过迫零预编码矩阵或者对角化预编码矩阵有效的克服多用户间的干扰，进而提升终端的接收信号质量，提高系统性能。 此类技术需要在每个节点获得从每个终端到所有节点的精确短时信道信息，因而更适合于能有效利用信道对称性的TDD系统。5.3 协调预编码方案：LTEA系统可以通过让每个用户终端反馈一组预编码矩阵来提高系统性
5、能。在这组预编码矩阵中，不但包括使自己所受干扰最小的预编码矩阵，而且包括相邻小区推荐的使自己所受干扰最小的预编码矩阵；多个小区之间彼此共享预编码矩阵集，通过合适的调度算法来综合考虑这些预编码矩阵。 这类技术属于协调调度/波束赋形技术，数据信息并不在多个传输点之间共享。6、 CoMP带来的挑战及标准化进程： 6.1 CoMP分簇：3GPP将 CoMP定义了CoMP合作集， CoMP传输集， CoMP测量集，由于 CoMP技术涉及到了多个传输节点之间的合作。 1、CoMP合作集：直接或间接参与PDSCH传输的传输节点集合。 2、CoMP传输集：直接向用户终端传送PDSCH的传输节点集合。 CoMP
6、传输集是 CoMP 合作集的子集 对于联合传输： CoMP传输集是 CoMP合作集中某部分传输节点的集合 对于动态小区选择，在每个子帧中， CoMP传输集只对应于 CoMP合作集的某一个传输节点，但在不同子帧传输节点可以在 CoMP合作集中动态变化。 对于协调调度/波束赋形技术， CoMP传输集即是服务小区。 3、CoMP测量集：小区的集合，隶属于此测量集中小区的CoMP终端，需反馈从此终端到此测量集中所有传输节点之间的信道测量信息。6.2 CoMP反馈：为了支持 CoMP技术 目前 CoMP反馈分为3类： （1）显性的信道状态/统计信息反馈：终端反馈的是接收机观察到的信道信息，没有经过相应的
7、发射端/接收端处理：反馈内容包括：信道信道部分（反馈信道矩阵，协方差矩阵，反馈信道矩阵，协方差矩阵的主要特征值分量），噪声干扰部分（反馈噪声干扰的协方差矩阵或者此矩阵的主要特征值分量） 理论上来讲，显性的反馈可以比隐形的反馈更多的信息，获得更好的性能，基站端也可以设计为更灵活的CoMP方案。 终端可以通过CSI-RS测量来获得CoMP合作集中的下行信道状态信息，并直接将其反馈给基站端。但这样的反馈信息量太大，会给反馈信道带来太大的压力，对于信道的快速变化和反馈延迟比较敏感。 相比于直接反馈信息状态信息，反馈信道的统计信息可以减少其对信道快速变化以及反馈延迟的敏感性。同时，由于信道的统计信息反映
8、的是信道的一种长期趋势，因此可以减少反馈的频率，减小反馈信道的负担。 （2）隐形的信道状态/统计信息反馈： 终端反馈是经过S/R（发送端/接收端）处理的信道信息（CQI信道质量指示 PMI预编码矩阵 RI秩指示） 基站的CoMP方案必须基于反馈的（CQI PMI RI），在设计CoMP方案的灵活性方面不如显性的信息反馈。 （CQI PMI RI）反映的是较长期的信道状况，对于信道的快速变化和反馈延迟不是特别的敏感。 负担较小。 （3）通过上行Sounding参考信号来获得信道状态信息 还需要进一步的研究。6.3 资源划分：CoMP技术对于LTEA系统资源划分的挑战主要是在相干合并联合传输技术。
9、相干合并联合传输技术：其核心思想是利用不同传输节点的发射信号在空中接口处的自然合并，这就要求不同传输节点传输相同信息的视频资源要重叠起来。由于不同小区有不同的资源划分，容易引起不同小区之间的资源冲突： （1）PDCCH资源的不匹配 目前，3GPP中达成一致：CoMP终端仅从服务小区处接收PDCCH等控制信息。 由于不同小区中PDCCH所占的OFDM符号数有可能不同，这就导致了不同小区数据信息所占资源与控制信息资源之间的碰撞，从而导致无法进行相干合并的联合传输。 解决方法：CoMP传输集中的所有小区决定一个公共大小的CoMP控制区域，控制区域小于此区域的小区可以将多余的部分资源用于非CoMP用户
10、或者留空不用。这种方法对于CoMP用户来说是非透明的，基站必须通过控制信息告诉终端公共控制区域的大小 （2）参考信号导致的PDSCH资源的不匹配数据的解调、信道的测量都是利用CRS完成的，但是在LTEA系统中，定义了两类RS，即CSI-RS和DM-RS。 DM-RS：LTE系统DRS的扩展，用于数据解调。 CSI-RS：用于信道的测量等操作。二、LTE_A系统协作多点传输技术的性能分析和算法研究 1、LTEA技术包括：CoMP coordinated multiple point transmission and reception 协作多点传输 载波聚合CA carrier aggregat
11、ion 上下行MIMO的进一步扩展 接力通信relay2、与传统的MIMO相比，CoMP技术基于各协作基站对链路信道状态信息CSI和用户数据信息不同程度的共享，通过小区间基站的协作将原本是邻小区的干扰转变为有用信息，本质上突破了单点传输对频谱的限制。3、LTEA下行CoMP系统模型。 我们设一个多小区的下行网络，每个小区分为三个扇区，每个扇区配置Nt根发射天线，移动台配置Nr根接收天线，第i个用户支持的独立数据流数为ri（1，Nr）。（研究固定协作模式，即固定属于不同小区的3个相邻扇区进行协作，并将协作的3个扇区称为一个协作基站簇）3.1 SU-CoMP 系统 单用户主要用来提高小区边缘用户的
12、吞吐量性能，即在一个资源块（RB:resource block）上，一个基站簇里的3个扇区通过相互协作向同一个小区边缘用户传输数据。小区边缘用户：系统初始化时，各扇区会根据用户接收信号的信噪比来判定用户的类型，即如果一个用户的接收信号SINR满足：SINR，就认为该用户是小区边缘用户。否则是小区中心用户。是系统预先设定的SINR门限，单位为dB。我们设定两部分：分别对应边缘用户的SU-CoMP以及中心用户的SU-CoMP协作基站簇c内SU-CoMP传输频段的所占比例制由分子：基站簇c内进行SU-CoMP传输的边缘用户i的申请速度，另一个分母是进行SU-MIMO传输的中心用户j的申请速度。由于各
13、协作基站簇里的边缘用户数和其申请速率不一样，所以在同一RB上可能有的基站簇的3个扇区在对边缘用户进行协作SU-CoMP传输，有的3个扇区在对各自中心用户独立进行SU-CoMP传输的频带长度不一样。则，在一个RB上用户i接收的信号可以表示为：Si为用户i的信号向量。对于中心用户：Hi（Nr*Nt维）服务扇区到该用户的信道矩阵 Bi（Nt*ri维） 预编码矩阵对于边缘用户：Hi（Nr*3Nt维）目标协作基站簇到该用户的信道矩阵 Bi（3Nt*ri维） 预编码矩阵用户的预编码矩阵通过对信道矩阵的奇异值分解（SVD:singular value decomposition）得到第二三项分别表示：来自协
14、作SU-CoMP传输的基站簇和独立SU-MIMO传输扇区的干扰 3.2 MU-CoMP 多用户：在同一个RB上协作基站簇的3个扇区同时承载多个用户的数据假设协作用户为M,那么下行的MU-CoMP模型等效为3*Nt发，M*Nr收的MIMO系统。此时，这M个协作用户间的干扰称为影响LTEA系统性能的主要因素。 解决方案：下行MU-CoMP系统在协作基站簇端利用联合预处理算法对用户间干扰进行预抑制，最典型的为BD-SVD block diagonalization 算法。三、LTEA中协同多点传输的联合处理预编码方法1、CoMP的核心思想：通过多点协作，构成虚拟多输入多输出（VMIMO），以提升小区
15、边缘性能。 CoMP传输方式：基站内不同远程射频单元协作（RRU），基站和其所属中继协作和基站间协作等多种方式。 传输实现条件：协作点之间的信息共享 联合资源分配/调度：可能采用的反馈策略：显式信道状态/统计信息反馈 隐式 在TDD模式中利用信道互异性基于上行的探测参考信号（SRS）信号估计得到下行的信道状态信息。2、系统模型：室内基带处理单元（BBU）+多个RRU场景中JP方式下的CoMP-MU预编码方法。 RRU：radio remote unit 技术特点：将基站分成近端机（无线基带控制 Radio Server）和远端机即射频拉远RRU两部分。两者之间通过光纤连接，接口是基于开放式CP
16、RI或IR接口，可以稳定地与主流厂商的设备进行连接。 RS安装在机房位置 RRU安放在天线端 优势：这样，将以前的基站模块的一部分分离出来，通过将RS与RRU分离，可以将繁琐的维护工作简化到RS端，一个RS可以连接几个RRU，节省空间，降低成本，提高组网效率，同时，使用的是光纤，损耗少。 BBU：building base band unit室内基带处理单元。3G大量使用分布式基站架构，RRU（射频拉远模块）和BBU（基带处理单元）之间需要用光纤连接。假设每个RRU（M个）有Nt个发送天线，每个UE（M个）有Nr个接收天线，构成MNt*MNr的MIMO系统。则UE组中，第n个载波上从CoMP-RRU到第u个用户的信道矩阵表示为Hun=Gun*Fun,其中Gun：是一个Nt*（MNr）维矩阵代表归一化的负信道增益。 Fun：MNt*MNr的对角矩阵则第n个载波上的复合信道矩阵表示为：第n个载波上对于第u个UE的数据矢量为：l:第u个UE的层数Bun:第u个UE的数据矢量的联合预编码矩阵表示为BunCoMP-RRU的发送矢量：3、 CoMP-JP预编码方法3.1 基于信道矩阵的预编码方法
