5G COMP技术原理及部署策略探讨

2021-04-14张琪璇尧文彬

通信电源技术 2021年21期

王庆，张琪璇，尧文彬

（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）

0 引言

随着5G大规模天线技术的部署，相同组网站间距下5G SSB窄波束较4G覆盖能力大幅提升，交叠覆盖区域进一步增加。同时，考虑5G主要采用同频组网方式，交叠覆盖区域的增加将进一步扩大同频干扰影响范围，严重影响边缘区域用户体验，因此降低小区交叠区域同频干扰、提升边缘用户体验是当前5G网络建设亟待解决的重要问题[1]。

COMP技术作为一种可以应对同频干扰的有效解决方案，在4G网络中已初步应用，但受交叠区域面积及终端流数等影响，COMP技术收益相对不高[2,3]。随着5G C-RAN部署比例加大、设备立体组网（宏宏、宏微、室内外）多样化增加、终端支持流数翻倍，5G COMP技术较4G网络有更大的收益空间[4]。因此，结合5G网络特征及COMP技术特点，研究COMP技术分场景部署方案是非常有必要的[5]。

1 5G COMP技术原理分析

5G COMP 包括联合发送（Joint Transmission，JT）、联合接收（Joint Reception，JR）、协作波束赋形（Coordinated Beamforming，CBF）、协作调度（Coordinated Scheduling，CS）4种技术，其本质是通过多小区间协作、联合调度等方式降低交叠区域同频干扰，进而提升用户速率，并提高网络利用率[6]。

1.1 JT技术原理

JT技术通过两个或者多个小区协同向小区边缘用户发送数据方式，使协作小区原本可能为干扰的信号转化为有用信号，进而提升交叠区域用户边缘速率[7]。具体地，基站首先基于RSRP、小区配置（带宽、频点、时隙）等因素选取协作小区，其次服务小区和协作小区再结合信道质量信息选择合适的JT传输模式进行下行数据发送。当信道质量较好时（如SINR值高于5 dB），协作小区与服务小区发送不同的数据信息，充分利用空分资源，进一步提升边缘用户速率；当信道质量一般时（如SINR值低于5 dB）、协作小区与服务小区发送相同的数据信息，改善信道质量，确保用户体验。JT技术原理如图1所示。

图1 JT技术原理

1.2 JR技术原理

与JT技术原理相似，JR通过两个或者多个小区协同接收交叠区域用户发送的上行数据，使原本可能对协作小区造成干扰的上行数据转化为有用数据，然后协作小区和服务小区再合并译码完成上行数据的接收工作[8]。JR技术原理如图2所示。

图2 JR技术原理

1.3 CBF技术原理

与JT、JR通过多小区联合发送、接收方式不同，CBF技术通过协调服务小区与协作小区的波束域资源使得协作小区的波束方向偏离服务小区所需调度的用户，或将协作小区波束零限对准用户，进而降低交叠区域用户受到邻区同频干扰的影响[9]。以图3中UE1为例，在接收Cell1发送的有用下行数据时，可能受到Cell2旁瓣波束（虚线波束）干扰，此时需要借助Ce111和Cell2小区的协作来改变Cell2波束方向，使得Cell2旁瓣波束零限对准用户，从而实现Cell2对Cell1波束域同频干扰的规避。

图3 CBF技术原理

1.4 CS技术原理

与JT、JR通过多小区联合发送、接收方式不同，CS技术通过协调服务小区与协作小区的时频域资源实现交叠区域用户干扰管理，即同一时隙上服务小区调度用户的频域RB资源时，协作小区上不再进行相同位置的频域资源调度，进而降低边缘用户受到邻区同频干扰的影响[10]。以图4中UE1为例，在接收Cell1发送的有用下行数据时，可能同时收到来自Cell2发送的下行干扰数据，此时通过Ce111和Cell2小区的协作，Cell2在当前时隙对应Cell1调度的RB资源位置开启RB静默，不再进行资源调度，从而实现Cell2对Cell1同频干扰的规避。

2 5G COMP技术分场景部署策略探讨

针对JT、JR、CBF、CS这4种技术，结合技术原理、测试情况两部分分别介绍各技术对应的分场景部署策略。

2.1 JT技术分场景部署策略探讨

从JT技术原理（图1）看，JT技术需要协作小区和服务小区共同向交叠区域用户发送数据，即协作小区需要预留部分资源以辅助服务小区发送数据，因此该技术更适用于中低负荷场景。

以5G 2.6 GHz频段为例，选取64TR服务小区和协作小区开展交叠区域JT技术性能测试，测试结果如图5所示。

图5 5G 2.6GHz 64T+64T交叠区JT技术测试情况

从测试结果来看，JT功能开启后边缘用户约有10%～45%增益，且服务小区与协作小区电平差值越小则JT功能开启后性能收益越大，越能体现多小区协作发送优势。结合理论及测试情况分析，建议当协作小区与服务小区处于中低负荷场景且交叠区域服务小区与协作小区RSRP值小于一定电平差值（如5 dB）时，可按需开启JT功能。

2.2 JR技术分场景部署策略探讨

JR技术原理与JT类似，需要协作小区和服务小区共同接收交叠区域用户信息，即协作小区需要预留部分资源以辅助服务小区接收数据，因此该技术也更适用于中低负荷场景。

测试条件与JT技术相同，依旧选取2.6GHz频段64TR服务小区和协作小区开展交叠区域JR技术的性能测试，测试结果如图6所示。

图6 5G 2.6GHz 64T+64T交叠区JR技术测试情况

从测试结果看，JR技术开启后边缘用户也有10%～40%增益，且服务小区与协作小区电平差值越小则JR技术性能增益越大，更能体现多小区协作接收优势。结合理论及测试情况分析，JR技术与JT技术部署场景相似，即当协作小区与服务小区处于中低负荷场景且交叠区域服务小区与协作小区RSRP值小于一定电平差值（如5 dB）时，可按需开启JR功能。

2.3 CBF技术分场景部署策略探讨

由于CBF技术无需借助协作小区资源进行服务小区用户信息的发送或者接收，因此该技术部署场景不像JT技术或JR技术那样对小区负荷有明确要求。考虑CBF技术需要将协作小区波束方向偏离服务小区用户或将协作小区波束零限对准服务小区用户这一技术原理，需要确保UE1与UE2的距离较远且相关性较弱。

以5G 2.6GHz频段为例，选取64TR服务小区和协作小区开展交叠区域CBF技术性能测试，测试结果如图7所示。虽然CBF功能开启后UE2性能可能略有损失，但整个系统频谱资源利用率有明显提升，下行速率提升20%～40%。结合理论分析及实测数据，建议CBF技术主要部署于协作小区与服务小区用户间距离较远且相关性较弱场景。

图7 5G 2.6GHz 64T+64T交叠区CBF技术测试情况

2.4 CS技术分场景部署策略探讨

虽然CS技术无需借助协作小区资源进行服务小区用户信息的发送或者接收，但由于CS技术需要牺牲协作小区频域RB资源以换取更高的频谱利用率，因此需要综合考虑用户距离、相关性、业务需求等因素进一步细分CS技术部署场景。具体地，如果两小区距离较近、相关性较强，CBF技术无法仅通过波束域管理实现干扰规避，此时需要借助CS技术通过牺牲协作小区部分RB资源方式确保服务小区用户性能。同时，还需要满足CS功能开启后整个系统频谱效率有明显提升，不能为满足服务小区业务需求（小包业务）而牺牲协作小区资源（大包业务），因此该技术适用场景可能更为严格。

同样以5G 2.6GHz频段为例，选取64TR服务小区和协作小区开展交叠区域CS技术性能测试，测试结果如图8所示。虽然CS功能开启后用户RB数约降了一半，但是整个系统下行速率却有20%左右收益，提升了小区吞吐量及网络利用率。结合理论分析及实测数据，建议CS技术主要部署于协作小区与服务小区用户间距离较近且相关性较强的中高负荷场景。

图8 5G 2.6GHz 64T+64T交叠区CS技术测试情况

综上所述，5G COMP技术主要适用于服务小区与协作小区RSRP值相差较近的小区交叠区域，提升用户速率及网络利用率。对于中低负荷交叠区域，建议优先采用JT技术将交叠区域干扰转化为系统增益，并按需辅以CBF技术进一步降低干扰，确保用户下行体验；对于中低负荷交叠区域，建议优先采用JR技术将交叠区域干扰转化为系统增益，进一步提升上行传输速率及网络利用率；对于交叠区域，如果用户间距离较远、相关性较弱，建议采用CBF技术通过将波束零限对准其他用户方式进行干扰规避；对于高负荷交叠区域，如果用户间距离较近、相关性较强，建议开启CS技术通过牺牲频域资源方式换取更高小区吞吐量，确保用户体验。