李发均

(重庆邮电大学，重庆400065)

近年来，随着通信技术的快速发展，人们对下一代无线网络的要求越来越高，从2G，3G到即将全面商用的LTE技术，新的技术层出不穷。为了满足未来几年内无线通信市场的更高需求和更多应用，3GPP提出了LTE的演进技术——LTE－Advanced。LTE－A保持了对LTE较好的后向兼容性，同时提出了几点新的关键技术，CoMP(Coordinated Multiple Points)协作多点技术就是其中之一［1］。

CoMP技术通过几个相邻小区间的信息交互，进行协调或者联合处理等技术，实现小区干扰协调、降低小区间干扰、提高系统频谱效率。要实现CoMP技术，需要用户将全部的信道信息反馈给主服务基站，并通过主服务基站与协作基站共同协作才能完成。系统的性能很大程度上依赖于用户反馈信息的准确性，但如果将全部信道信息反馈需要耗费大量无线资源。因此，本文通过对现有的反馈技术进行分析，指出了现有的反馈技术的不足，并提出了自己的改进方案。通过引入传输损耗，更加精确地确定SNR值，并采用对反馈所涉及的物理资源块进行分簇的方法，减小用户的反馈开销，确保eNodeB接收到准确的反馈信息的同时，提升系统性能。

1 CoMP技术简介

1.1 CoMP定义及分类

CoMP是指通过地理位置上独立的几个传输点共同协作，提升小区边缘用户的服务性能的技术。根据基站间是否共享用户数据信息［2］，可将下行 CoMP技术分为以下两类:

1)协作调度/波束赋形技术:传给用户的数据信息只能由该用户的主服务基站进行发送，而调度决策和波束赋形由协作集合的多个基站(也称协作簇)共同完成，该方式下，只需要在协作簇内共享信道信息，而不共享用户数据信息。

2)联合处理技术:协作簇对特定用户的数据进行联合处理，提高接收信号的质量或消除基站间的干扰。该方式下协作簇内的基站间可共享用户的数据信息和信道信息。

1.2 现有反馈方案

现有的反馈方案中，在减小反馈开销方面通常采取以下两种方法:有限反馈和反馈压缩。有限反馈是在反馈过程中，只反馈部分信道状态信息达到减小反馈开销的目的。反馈压缩是通过一定的压缩技术，将反馈信息有效压缩从而减小反馈量。现有文献中提到过一种压缩技术，即通过对资源块分簇，将满足条件的资源块以簇为单位予以反馈，基站根据反馈信息再进行资源分配［3－4］。

根据现有方案建模如图1所示:

图1 现有方案建模

图1 中 H0i、H1i、H2i分别对应为 eNodeB1、eNodeB2、eNodeB3到用户UEi间的信道矩阵;为了便于计算，此模型中假设所有基站的发送功率相同。在通信过程中，主服务基站eNodeB1向用户i发送导频信号，用户i根据导频信号完成信道估计。在信道估计过程中获取信道状态信息，信道状态信息用SNR量化得来［5］。计算每个物理资源块的SNR公式如下:

其中，i=1，2，3…为第 i个资源块;Hi为信道矩阵;Pi为预编码矩阵;E为发送信号功率;N为加性噪声功率。

最后对下行链路的物理资源块进行分簇，将相邻的四个资源块分为一簇，计算它的平均SNR。如下所示:

其中，i=1，2，3…，这样用户端就按照簇的形式SNR映射到信道质量指示CQI，并将信道质量指示信息反馈给基站端，基站端根据信息进行调度。

针对上述方案存在以下不足:在系统通信过程中忽略了无线信道的衰落特性，信号在传输过程中会受到地形、障碍物等的影响，从而导致信号的能量减小。对信噪比的计算不够精确。并且上述方案在资源块分簇时采用固定分簇法，将相邻四个物理资源块分为一簇，因为系统带宽的不同，资源块数也会有所不同，固定分簇法灵活性不足，因此本文对该方案进行了改进。

2 反馈方案设计

根据信号衰落特性，信号传输过程中会受到地形、障碍物等的影响。而无线信道的衰落影响主要分为两类:大尺度衰落和小尺度衰落。本次方案主要针对小区边缘用户设计，故只考虑大尺度衰落的影响。由于用户接收到的信号随着到基站的距离增加而逐渐衰减，因此基于对数距离路径衰减规律被广泛采用，具体路径损耗公式如下:

其中，d0为参考距离，在室内环境典型值取为1 m，室外环境取为100 m或1 km;n为路径损耗指数，表明路径损耗距离增长的速率，n在不同环境下的取值不同。根据本次环境取值 n=2.6，d0=1 km，PL(d0)=30.18，d 为用户到基站距离，单位为km。则整个路径损耗如下:

结合公式(1)，用户估计得到的实际SNR如下:

物理资源块分簇，针对上述的固定分簇方式的不足，本文采用更加灵活的方式进行分簇。首先引入两个参数:簇大小值K、用户反馈的资源块簇个数M。具体参数设置如表1所示。

表1 资源块分簇配置表

根据表1分簇方式，分簇后得到的簇个数:

式(6)中［*］为向上取整，Nt为物理资源块个数。分簇后，则第i簇的平均SNR值可得:

根据公式(1)可得到:

其中，i取值范围0≤i≤Mt;H为信道矩阵;P为预编码矩阵;E为信号发送功率;PL为传输损耗;N为加性高斯白噪声功率。

用户计算出每簇资源块的平均SNR值之后，根据表1所示的M值，选择最好的M个物理资源块簇，依据如图2所示的SNR－CQI映射图得到相应的CQI值。

图2 SNR－CQI映射关系图

用户通过上行信道将4比特的CQI值反馈给基站，基站根据CQI值参考如下所示表2选取相应的参数进行操作［6］。

表2 4 bits CQI表格

3 系统吞吐量及反馈量

首先计算在全反馈下的系统吞吐量，在全反馈方式下，用户需要反馈每个物理资源块的信道状态信息，因此可得第u个用户的吞吐量为:

式(9)中Nt为物理资源块个数，B为系统带宽。SNR(i)为第i个物理资源块的信噪比。因此整个系统的吞吐量为:

其中U为用户总数。

全反馈时，系统的反馈量则为:

式(11)中Nt为物理资源块个数，U为用户总数，Cbit为CQI比特数，大小为4。

而本次反馈方案中，经过分簇后，第u个用户的吞吐量为:

整个系统吞吐量为:

本次有限反馈中，系统的反馈量为:

其中M为用户反馈的资源块簇个数，U为用户总数，Cbit为CQI比特数，大小为4，L为资源块簇位置的比特数，L=为向上取整。

结合全反馈和本次的反馈方案，通过仿真对比，本方案虽然吞吐量会有所降低，但在反馈开销方面能有效地减少。对整体性能提升有很大帮助。

4 结束语

本文首先简单介绍了协作多点传输技术CoMP，介绍了现有的一些反馈机制。再针对现有的反馈方案进行分析，指出了其中的不足，并对其进行了有效地改进。该方案主要先引入传输损耗的影响，对信噪比SNR的计算更加精确。然后根据系统带宽对物理资源块进行分簇，并通过筛选，选择满足条件的物理资源块簇进行反馈，虽然在系统吞吐量上有所损失，但能大幅度地降低系统反馈量。

［1］沈嘉，索土强，全海洋，等.3GPP长期演进(LTE)技术原理与系统设计［M］.北京:人民邮电出版社，2008.

［2］林崇圣.LTE－Advanced系统多点协作传输技术研究［G］.Featrues技术专题，2010:38－40.

［3］华为技术有限公司.LTE－Adcanced关键技术及标准进展［OL］.［2010 －11－12］.电信技术网 http://www.cww.net.cn/3G/html/2010/11/12/201011121035579015_4.htm.2010.

［4］3GPP TSG RAN1，TR36.814.Further Advancements for E － UTRA Physical Layer Aspects［Z］.ver1.0.0，2009.

［5］3GPP TSG R1 － 092585.Analysis of Feedback Mechanisms for CoMP.InterDigital［Z］.Los Angeles，USA，2009.

［6］3GPP TS 36.213 v11.4.0.Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E－UTRA)，Physical Layer Procedures(Release 11)［Z］.2013.