上行增强之PUSCH覆盖增强方法

费佩燕 王飞 常欢

摘 要：本文针对现实网络中上行传输出现的问题，通过对发射分集、预编码、重复上发、多天线接收等不同上行增强进行深入分析，给出各个不同上行传输方式的特点，为相关领域的科技人员提供有益的信息参考。

关键词： PUSCH;上行增强;多天线;预编码

Abstract： This article shows problems of uplink transmission and provides some solutions to solve theproblems.The solutions are diversity transmission， precoding， repetition，multi-antenna receiver，and so on.Shows advantages and disadvantages of these solutions. Provide references to technology staf's of relativefields.

Keyword： PUSCH; Uplink enhancement; multi-antenna; precoding

1.引言

无线系统中，影响上行覆盖因素有：基站接收解调门限、UE发射功率、传播损耗，以及数据多次传输积累能量（ bundling）等因素。

基站接收门限因素包括：基站接收天线数、解调算法（ 是否采用先进接收机算法〉，属于产品实现技术。

传播损耗因素包括：工作频段、传播距离、信道衰落、基站接收天线增益和安装高度、UE发射天线增益和安装高度。

UE发射功率是终端最大发射功率，为了支持上行覆盖增强，标准团队已推动特定频段支持26、33dBm最大发射功率进标准：

NR在Rel-15引入SUL技术扩展上行传输能力，是从传播损耗（工作频段）入手，考虑上行覆盖不足时改用传播特性更好的低频频谱。

从物理层考虑，可以从增加端口数、预编码、重复发送、增加编码冗余、增加接收端的接收天线、增加子载波间隔等，来实现上行增强：

从网络架构考虑，采用SUL技术来实现上行传输增强。

2.上行增强技术

无线通讯技术中的上行增强技术有多种，以下就各种增强技术进行分析。

2.1发射分集

发射分集技术是无线通讯中常见的技术，发射分级技术适用于多端口上发。

发送天线端口越多，能达到性能的覆盖距离越大。

下面表1是单天线发送和发射分集的一个仿真，通过仿真数据，可以看到发射分集技术带来的性能增益。

同时，也可以从表1看到，天线端口数的增加和性能增益并没有呈现出正比。也就是说，通过增加端口数的方式来增加覆盖的方法，能改善的覆盖距离是相对有限的。

2.2預编码

LTE预编码技术在4G的UL PUSCH中的已经有使用。其目的是通过预编码处理过程，来提升数据在不同天线端口发送的正交性，以提升数据在接收端的数据解调正确率，降低BLER。

5G的上行传输如果采用多端口数据传输，可以考虑采用预编码技术。

上行预编码技术应用的前提是，需要上行有辅助的RS信号上发给基站，且辅助RS需要在各个端口都上发，也可以选择轮发，以供基站评估预编码信息，下发给UE使用，否则预编码处理无法完成。

另外，预编码应用的性能好坏，和基站评估的预编码矩阵的准确性息息相关。

从图中可以看到，随着信道质量变差，预编码带来的增益在减弱。

2.3重复上发

重复发送是一种常见的增强覆盖方法，在上下行都有repeatition技术的使用，如下行广播信息的下发PBCH， MTC技术中为增强覆盖而使用的repeatitin方法。

在5G上行增强技术中，可以继续采用repeatition这种技术，来增加PUSCH信道的覆盖，重复的次数可以设计为高层可配置。

重复传输的劣势是，会带来比较大的数据时延，在用户对于数据时延要求不高，但对上行传输可靠性要求高的前提下，可采用此技术。

2.4多天线接收

在无线通信系统中，接收天线越多，接收到的信号越强，越有利于信号解调。如LTE系统中，4天线接收性能好于2天线接收约3db， 8天线接收性能好于4天线接收性能约3db.

在5G上行增强技术中，接收端天线是多天线，接收天线可能会是只用了部分天线，此时，可以考虑启用未使用的天线，通过增加接收天线数目的方式来增强上行覆盖。

下面表2是我们就相同传输模式下，不同接收天线进行的-一个性能比较，从比较结果看，增加物理天线数的方法，能大大改善数据接收的性能，改善上发数据的覆盖范围。

2.5增加编码冗余（降低编码率）

增加编码冗余即就是在数据传输时，采用低的编码率，来获得更多的信息冗余，以提高接收端信息接收的准确率。

编码冗余方法与重复方法相似，只是重复是在编码过程中进行，而不是在物理发射过程中进行。

此方法的劣势是，传输数据会占用比较多的时频资源。在资源充足的前提下，可考虑采用此技术来实施上行增强传输。

2.6增大子载波间隔

增大子载波间隔进行数据传输，可以增加数据传输过程中抗频偏的能力，从而提高接收端数据接收的性能，间接起到增加覆盖的作用。

大的子载波间隔，在高速传输场景下，其对数据解调的优势表现较低速传输场景更为明显。

2.7 SUL

上行补偿传输（SUL）是最新NR传输技术提出来的新的上行增强技术。其上行增强效果显著，但是需要网络间有更高的协作能力，实现复杂度比其它上行增强技术高，实现成本相对也高。

在SUL技术不可实施情况下，可根据网络实际需求，对应采用其它上行增强技术，以达到提升.上行性能的效果。如果SUL技术可以实施，建议还是要首选SUL技术来增强上行。

3.小结

本文对发射分集、重复发送、增加编码冗余、预编码、多天线接收、SUL等技术进行了深入分析，这些技术都可达到上行数据传输覆盖增强的效果，从对各个增强技术的分析可知，每一种增强方法，都有其优缺点，有的耗费资源，有的实现复杂度高，有的增强有效果，但增强的量有限，实际应用中，可视应用对象，可折中考虑，使得增强方法更好的服务受众。

参考文献

[1] 3GPP TS 36.101 ，"User Equipment（UE） radio transmission and reception，'Technical Specification， TS 36. 101，Technical Specification Group Radio AccessNetwork， March 2015.

[2] Nokia Siemens Networks，"PUSCH simulation assumptions，" Work ItemR4-080302， 3GPP TSG RAN WG4，Meeting #46，February 2008

[3] 3GPP ts 36.104 V8.5.0，"Base Station（BS） radiotransmissionandreception，" Technical Specification TS 36. 104 v8.5.0，Technical SpecificationGroup Radio Access Network， December 2009.