空分復用在TD-SCDMA和LTE中的應用

電偏工程技術(shù)與標準化空分復用在TD- SCDMA和LTE中的應用沈寒冰李新丁海煜黃宇紅(中國移動(dòng)通信研究院北京100053)摘要本文對空分復用在TD- SCDMA以及LTE中的應用條件進(jìn)行了研究。為了能夠充分利用設備硬件資源,增加系統吞吐量,利用室外天線(xiàn)實(shí)現的空間隔離以及室內多通道設備在不同樓層間的隔離實(shí)現空分復用,在重用業(yè)務(wù)信道資源的條件下,能夠大幅度提高頻譜利用率及系統吞吐量。由于控制信道資源不能夠重用,因此空分復用所能夠支持的用戶(hù)數受到控制信道資源的限制。關(guān)鍵詞空分復用 TD-SCDMA TD-LTE單通道多通道提升用戶(hù)吞吐量。1引言空分復用是在無(wú)需增加載頻資源、無(wú)需修改用戶(hù)終端無(wú)需調整網(wǎng)絡(luò )規劃、無(wú)需改變空口技術(shù)的情況下,利用智能天線(xiàn)的空間隔離或室內小區多通道間的樓層隔離來(lái)實(shí)現碼道復用,達到大幅度提高TD頻譜利用率和系統數據吞吐量的效果?？辗謴陀弥卸鄠€(gè)終端同時(shí)使用相同的時(shí)頻資源塊進(jìn)行傳輸,其中每個(gè)終端都是采用1根發(fā)射天線(xiàn),系統側接收圖1外空分復用原理機對多用戶(hù)混合接收信號進(jìn)行聯(lián)合檢測,最后恢復出各個(gè)用戶(hù)的原始發(fā)射信號?？辗謴陀檬谴蠓岣週TE系統頻譜如圖2所示,在室內覆蓋的情況下,利用室內樓層隔效率的一個(gè)重要手段,但是無(wú)法提高單用戶(hù)峰值吞吐量。離來(lái)實(shí)現空分復用,在不同樓層間使用相同的時(shí)頻資源,室內通過(guò)樓層通道隔離方式實(shí)現的MMO的特點(diǎn)是:時(shí)頻資源的復用大幅度提升頻譜利用率和系統吞吐量。相不同樓層隔離方式實(shí)現的MIMo,其穿透通常大于20B以比在室外空分復用技術(shù),在室內應用效果更好,可以更好上。根據其他系統的工程經(jīng)驗,當穿透及衰落大于20dB時(shí),地滿(mǎn)足企業(yè)和家庭移動(dòng)數據用戶(hù)對室內吞吐量的要求基本能夠灡足系統的同頻干擾允許比值,能夠解調出正確同BBU不同單通道的RRU以及同BBU多通道RRU信號。也就是滿(mǎn)足了兩兩之間信道特征相關(guān)性較弱的特點(diǎn)。的不同通道都可以實(shí)現空分復用?？辗謴陀眉夹g(shù)應用條件2空分復用的應用場(chǎng)景是同小區多通道,即進(jìn)行空分復用的用戶(hù)必須處于同一小區的不同通道覆蓋下,而且用戶(hù)間有較好的隔離度。如圖1所示,在室外宏蜂窩覆蓋情況下,利用定向天線(xiàn)的空間隔離性來(lái),在不同用戶(hù)間形成的空間隔離基礎上,3空分復用的受限因素使用空分復用算法,實(shí)現了用戶(hù)間無(wú)線(xiàn)資源的重用,進(jìn)而在實(shí)際室內覆蓋的規劃過(guò)程中,應根據室內空分復用TELECOM ENG技術(shù)的應用條件和業(yè)務(wù)量分布,在必要的情況下,調整小隙2:4,上行2時(shí)隙,都用于傳送DPCH。下行4時(shí)隙中區和通道的分布。在空間上相互隔離的區域,在保障業(yè)務(wù)有2個(gè)共享DPA時(shí)隙,以及兩個(gè)DPCH,上下行各兩個(gè)量的情況下,應盡量配置在一個(gè)小區,并由多個(gè)通道進(jìn)行DPcH信道32個(gè)碼道去掉2個(gè) Prach,2組HS-SccH/覆蓋。HS-SICH共4個(gè)碼道,還剩余26碼道。共能接人13個(gè)用戶(hù)。當采用DPCH的4倍復用時(shí),最多可接入用戶(hù)數為吸頂天線(xiàn)52個(gè)當用戶(hù)數超出52個(gè)用戶(hù)的限制之后,可以考慮增加小區設置。采用空分復用能夠增加提升用戶(hù)感受,但無(wú)法提高用戶(hù)峰值吞吐速率?？辗謴陀脤ο到y容量的提高跟載頻數、共享時(shí)隙數、通道數都有關(guān)系。系統容量提升不能僅僅根據通道數多少決定。舉例說(shuō)明如下:前TD設備9C/6C的設備:圖2內空分復用技術(shù)原理(1)共享2個(gè)業(yè)務(wù)時(shí)隙,采用兩通道空分復用條件下系統容量能夠增加1倍;采用一個(gè)邏輯小區的優(yōu)勢在于切換較少,而小區吞吐(2)共享2個(gè)業(yè)務(wù)時(shí)隙,采用3通道空分復用,系統量會(huì )成倍提升,吞吐量的提升程度與復用倍數有關(guān),若樓容量能夠增加2倍;層間隔離度足夠大,吞吐量增加倍數與復用重數成正比關(guān)(3)共享3個(gè)業(yè)務(wù)時(shí)隙,采用2通道空分復用,系統系。但同時(shí),需要有效的歸屬檢測機制保證用戶(hù)歸屬正確容量能夠增加1倍;的樓層位置,因此上行的合并復雜度提升。BBU單元需要(4)對于共享2個(gè)業(yè)務(wù)時(shí)隙以上的其他空分復用方式,增加天線(xiàn)數據相關(guān)的信道估計、數據檢測、以及解調等處由于受BBU處理能力的限制,系統容量無(wú)法成倍提高理量,因此BBU單元需要增加基帶處理能力,比如增加32LTE系統四DSP或FPGA的數量,處理量的增加與一塊BBU板合并對室內來(lái)說(shuō),室內空分復用不采用角度進(jìn)行用戶(hù)識別,處理的RRU數目相關(guān)。對下行鏈路來(lái)說(shuō),下行選擇發(fā)送采用上行信號強度判定用戶(hù)歸屬。目前建議以SRS信號為復雜度提升,下行發(fā)送需要基于上行信號的強度進(jìn)行判斷,主要依據,也可考慮 PUSCH、 PRACH和 PUCCH信號可以選擇僅在上行接收信號最強的RRU上進(jìn)行下行發(fā)送,作為輔助。也可以在超過(guò)一定門(mén)限值的2個(gè)或多個(gè)RRU上進(jìn)行下行室外空分復用主要采用角度進(jìn)行隔離,處理完全在基發(fā)送。一塊BBU板卡同時(shí)給多個(gè)RRU發(fā)送下行數據的話(huà),站側進(jìn)行,不需要在信令中包含角度字段需要增加BBU板卡的基帶處理能力。對于LTE系統中空分復用,受限因素取決于空分復用3TD- SCDMA系統的重數,若重數很高,則導致需要同時(shí)支持的用戶(hù)數多,由于不同通道實(shí)現了時(shí)隙和碼的復用,室外環(huán)境利用則易出現 PDCCH受限。若重數較低,則可能不存在此問(wèn)題,智能天線(xiàn)中的方向角指示,室內環(huán)境可以直接在到達角字因為室內信道比室外好得多, PDCCH傳輸所需的聚合等段填寫(xiě)通道號,也就是每個(gè)載波都上報通道號;通過(guò)這種級也會(huì )低一些,因此 PDCCH空間可以容納的用戶(hù)數相比方式,能夠實(shí)現不同通道用戶(hù)的識別。室外會(huì )更多。但總體來(lái)講,對于空分復用, PDCCH相比在用戶(hù)數較小的時(shí)候,可以將不同通道設置為1個(gè)小 PDSCH更容易受限。區,當用戶(hù)數較多時(shí),需要增加小區數的設置。由于空分對于2天線(xiàn)端口下行100PRB情況,假設采用3個(gè)復是業(yè)務(wù)信道重用,而控制信道不重用,因此控制信道OFDM符號傳輸 PDCCH,則這3個(gè)OFDM符號的REG往往是小區的受限因素。對于 HSDPA來(lái)說(shuō),當上下行時(shí)總數為800個(gè),PCFH會(huì )占據4個(gè)RECG,假設 PHICH占據N幽,則可供 PDCCH使用的REG數目為796-分利用信道的長(cháng)期統計特性,可以采用全帶寬單一PMI以N個(gè)。由于一個(gè)CCE對應9個(gè)REG,因此可供節約信令開(kāi)銷(xiāo)。而大間距天線(xiàn)需要頻繁跟蹤信道時(shí)頻變化,PDCCH使用的REG總數為(79-N/9個(gè)。假設在全帶寬反饋一個(gè)PMI無(wú)法充分表示信道的空間特性所有用戶(hù)的聚合等級為1CCE(聚合等級可以為1,2,4,在標準化工作中,基于Rel-8的MU-MIMO,即基8CCE),則可以容納[796-Nm/)個(gè)用戶(hù),進(jìn)一步假于 codebook bl] MU-MMo標準化已經(jīng)完成,目前支持2設Nm=0,則獲知最大用戶(hù)數為88個(gè)。需要注意的是,用戶(hù)復用?；趎on- codebook b MU-MMo正在標準這88個(gè)用戶(hù)不僅包括下行調度,也包括上行調度?；^(guò)程中,該方案相對基于 codebook的MU-MIMO有更在室外的應用場(chǎng)景,根據信道估計采用空間隔離與否,好的性能。目前標準規定的下行 codebook mu-MIMo,可將空分復用與LTE中的多用戶(hù)MIMO結合起來(lái)?？辗址抡姹砻魍掏铝啃阅茌^差,適用場(chǎng)景非常少,在LTE系統復用中,雖然室外SDMA和MU-MMO都需要利用用戶(hù)部署初期可以不考慮該特性。另外,目前基于波束賦形的的空間隔離度,但是室外SDMA各用戶(hù)的信道估計和數MU-MIMo(non- codebook MU-MMO)正在標準化據檢測都通過(guò)空間域進(jìn)行隔離,MU-MMO僅僅數據檢過(guò)程中,在該方案標準化完成后優(yōu)先考慮。測需要從空間域進(jìn)行分離?；?codebook的MU-MMO當空分復用用戶(hù)數超過(guò)單小區控制信道信令的限制后各用戶(hù)信道估計都采用公共導頻實(shí)現,無(wú)需空間隔離?；蓪⑾到y資源由原來(lái)的單小區配置調整為多小區配置。采于non- codebook的MU-MIMo各用戶(hù)信道估計采用該用多小區的優(yōu)勢是資源分配靈活,無(wú)需上行合并或者下行用戶(hù)專(zhuān)屬的導頻進(jìn)行,也無(wú)需空間隔離,該方案正在標準選擇發(fā)送,不會(huì )提高系統的復雜度和基帶的處理能力要求?；^(guò)程中但是當用戶(hù)跨越樓層時(shí)會(huì )出現切換。另外,小區吞吐量不由于LTE系統 Release8上行UE采用單天線(xiàn)發(fā)射,如單小區配置的多通道業(yè)務(wù)信道復用的吞吐量高定程度上限制了系統容量。為了充分發(fā)揮MIMO技術(shù)4結論的優(yōu)勢,提高上行系統吞吐量,LTE中明確采用了上行MU-MIMO技術(shù)?？辗謴陀迷赥D以及LTE中的使用,能夠使得系統容在保證用戶(hù)間有一定隔離度的前提下,對于上行來(lái)講,量在硬件條件不變的情況下有所提升。但是受到控制信道各用戶(hù)信道是通過(guò)DMRS不同循環(huán)移位進(jìn)行區分的,標準的限制,基站在用戶(hù)數增多時(shí)需要考慮增加小區數目的方規定上行 DMRS(Demodulation Reference Signa)的循式容納更多用戶(hù)環(huán)移位n。=(n0ks+nks+nm)mod2,其中ns和在LTE中需要考慮上行MU-MIMO,該特性主要用n{為小區參數,nms為用戶(hù)參數?；就ㄟ^(guò)給位于相于提高上行小區吞吐量。下行MU-MMo有待標準化工同資源的多個(gè)用戶(hù)分配不同的n,使得這些用戶(hù)的作的完成。DMRS不同,從而進(jìn)行區分。對于下行來(lái)講,各用戶(hù)信道是通過(guò)空間進(jìn)行區分的(采用不同的預編碼向量)。不是所有的終端都能相互組合進(jìn)行多用戶(hù)MMo,只有兩兩之間信道特征相關(guān)性較弱的終端組合才能進(jìn)行MU-MIMO,否則多用戶(hù)均衡將面臨空域自由度不足的問(wèn)題,無(wú)法正確恢復多用戶(hù)原始信號。另外,利用同一時(shí)頻資源塊同時(shí)進(jìn)行MU-MMO的終端總數不能超過(guò)上行接收天線(xiàn)總數,否則也會(huì )面臨空城自由度不足的情況。參考文獻當系統負載很大時(shí),為了進(jìn)一步提升系統吞吐量,劉群,趙想樓,$ CDMA HSDPA空分復用技術(shù)應用研究.通信世界B,2009,(13)主要是對相關(guān)庫列(小間距天線(xiàn),因為相關(guān)庫列可隊充x215無(wú)““的米,6吃TELECOM ENGINEERING TECHNICS AND STANDARD/ZATIONTD-LTE系統與WLAN系統共存研究梁童孟德香中國移動(dòng)通信集團設計院有限公司北京100080)摘要根據我國頻譜規劃,在2.4GHz頻點(diǎn)處將會(huì )出現移動(dòng)通信系統與無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(WLAN)共存情況。本文通過(guò)對WLAN系統與TD-LTE系統在24GH頻點(diǎn)處進(jìn)行共存研究,給出了WLAN系統不同帶外干擾值對TD-LTE系統所帶來(lái)的影響,從而得出了滿(mǎn)足TD-LTE系統設備通信要求的情況下,對WLAN系統設備的帶外干擾值要求關(guān)鍵詞TD- LTE WLAN帶外干擾值容量損失2004年11月啟動(dòng)LTE項目以來(lái),3GPP以頻繁的會(huì )議全力1前言推進(jìn)LTE的研究工作,僅半年就完成了需求的制定,據相由于移動(dòng)通信與寬帶無(wú)線(xiàn)接入(BWA, Broadband關(guān)數據統計,TD-LTE有望在2010年左右具備規模試驗的Wireless Access技術(shù)的融合,3GP啟動(dòng)了LTE項目。條件。與3G相比,LTE更具技術(shù)優(yōu)勢,具體體現在高數據速率、無(wú)線(xiàn)局城網(wǎng)(WLAN, Wireless Local Area Network)分組傳送、延遲降低、廣域覆蓋和向下兼容等方面。LTE作為一種新興的、不斷發(fā)展的技術(shù),以其安裝的靈活性釆用由 Node b構成的單層結構。這種結構有利于簡(jiǎn)化網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )的伸縮性、移動(dòng)性、低成本等優(yōu)點(diǎn),獲得了廣泛的發(fā)絡(luò )和降低延遲,實(shí)現了低時(shí)延、低復雜度和低成本的要求。展。目前,無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)已在醫院學(xué)校、金融服務(wù)、制造業(yè)與傳統的3GPP接入網(wǎng)相比,LTE減少了RNC節點(diǎn)。名義上服務(wù)業(yè)、公司應用和公共訪(fǎng)問(wèn)等場(chǎng)所得到了廣泛應用LTE是對3G的演進(jìn),但事實(shí)上它對3GPP的整個(gè)體系架構2002年10月23日,原信息產(chǎn)業(yè)部發(fā)布〔2002]479作了革命性的變革,逐步趨近于典型的P寬帶網(wǎng)結構。自號文件,公布了我國第三代公眾移動(dòng)通信系統頻率規劃,Space Division Multiplexing inTD-SCDMA and LtEShen Hanbing Li Xin Ding Haiyu Huang Yuhong(China Mobile Research Institute, Beijing 100053)Abstract This paper discusses conditions of applying SDM in TD-SCDMA and LTE. To take full advantages of Hwresources and increase throughput of the system, we use space isolation of outdoor antennas and isolationof indoor multi-channel devices in different layers to implement SDM. In the condition of reusing traffichannels,the proposed SDM can increase frequency usage and system throughput. Because control channelscannot be reused, subscriber capability supported by the SDM is limited by the numbers of control channelsKeywords SDM, TD-SCDMA, TD-LTE, single channel, multi-channel(收稿日期:2009年12月27日)