空分复用在TD-SCDMA和LTE中的应用

电偏工程技术与标准化空分复用在TD- SCDMA和LTE中的应用沈寒冰李新丁海煜黄宇红(中国移动通信研究院北京100053)摘要本文对空分复用在TD- SCDMA以及LTE中的应用条件进行了研究。为了能够充分利用设备硬件资源,增加系统吞吐量,利用室外天线实现的空间隔离以及室内多通道设备在不同楼层间的隔离实现空分复用,在重用业务信道资源的条件下,能够大幅度提高频谱利用率及系统吞吐量。由于控制信道资源不能够重用,因此空分复用所能够支持的用户数受到控制信道资源的限制。关键词空分复用 TD-SCDMA TD-LTE单通道多通道提升用户吞吐量。1引言空分复用是在无需增加载频资源、无需修改用户终端无需调整网络规划、无需改变空口技术的情况下,利用智能天线的空间隔离或室内小区多通道间的楼层隔离来实现码道复用,达到大幅度提高TD频谱利用率和系统数据吞吐量的效果。空分复用中多个终端同时使用相同的时频资源块进行传输,其中每个终端都是采用1根发射天线,系统侧接收图1外空分复用原理机对多用户混合接收信号进行联合检测,最后恢复出各个用户的原始发射信号。空分复用是大幅提高LTE系统频谱如图2所示,在室内覆盖的情况下,利用室内楼层隔效率的一个重要手段,但是无法提高单用户峰值吞吐量。离来实现空分复用,在不同楼层间使用相同的时频资源,室内通过楼层通道隔离方式实现的MMO的特点是:时频资源的复用大幅度提升频谱利用率和系统吞吐量。相不同楼层隔离方式实现的MIMo,其穿透通常大于20B以比在室外空分复用技术,在室内应用效果更好,可以更好上。根据其他系统的工程经验,当穿透及衰落大于20dB时,地满足企业和家庭移动数据用户对室内吞吐量的要求基本能够灡足系统的同频干扰允许比值,能够解调出正确同BBU不同单通道的RRU以及同BBU多通道RRU信号。也就是满足了两两之间信道特征相关性较弱的特点。的不同通道都可以实现空分复用。空分复用技术应用条件2空分复用的应用场景是同小区多通道,即进行空分复用的用户必须处于同一小区的不同通道覆盖下,而且用户间有较好的隔离度。如图1所示,在室外宏蜂窝覆盖情况下,利用定向天线的空间隔离性来,在不同用户间形成的空间隔离基础上,3空分复用的受限因素使用空分复用算法,实现了用户间无线资源的重用,进而在实际室内覆盖的规划过程中,应根据室内空分复用TELECOM ENG技术的应用条件和业务量分布,在必要的情况下,调整小隙2:4,上行2时隙,都用于传送DPCH。下行4时隙中区和通道的分布。在空间上相互隔离的区域,在保障业务有2个共享DPA时隙,以及两个DPCH,上下行各两个量的情况下,应尽量配置在一个小区,并由多个通道进行DPcH信道32个码道去掉2个 Prach,2组HS-SccH/覆盖。HS-SICH共4个码道,还剩余26码道。共能接人13个用户。当采用DPCH的4倍复用时,最多可接入用户数为吸顶天线52个当用户数超出52个用户的限制之后,可以考虑增加小区设置。采用空分复用能够增加提升用户感受,但无法提高用户峰值吞吐速率。空分复用对系统容量的提高跟载频数、共享时隙数、通道数都有关系。系统容量提升不能仅仅根据通道数多少决定。举例说明如下:前TD设备9C/6C的设备:图2内空分复用技术原理(1)共享2个业务时隙,采用两通道空分复用条件下系统容量能够增加1倍;采用一个逻辑小区的优势在于切换较少,而小区吞吐(2)共享2个业务时隙,采用3通道空分复用,系统量会成倍提升,吞吐量的提升程度与复用倍数有关,若楼容量能够增加2倍;层间隔离度足够大,吞吐量增加倍数与复用重数成正比关(3)共享3个业务时隙,采用2通道空分复用,系统系。但同时,需要有效的归属检测机制保证用户归属正确容量能够增加1倍;的楼层位置,因此上行的合并复杂度提升。BBU单元需要(4)对于共享2个业务时隙以上的其他空分复用方式,增加天线数据相关的信道估计、数据检测、以及解调等处由于受BBU处理能力的限制,系统容量无法成倍提高理量,因此BBU单元需要增加基带处理能力,比如增加32LTE系统四DSP或FPGA的数量,处理量的增加与一块BBU板合并对室内来说,室内空分复用不采用角度进行用户识别,处理的RRU数目相关。对下行链路来说,下行选择发送采用上行信号强度判定用户归属。目前建议以SRS信号为复杂度提升,下行发送需要基于上行信号的强度进行判断,主要依据,也可考虑 PUSCH、 PRACH和 PUCCH信号可以选择仅在上行接收信号最强的RRU上进行下行发送,作为辅助。也可以在超过一定门限值的2个或多个RRU上进行下行室外空分复用主要采用角度进行隔离,处理完全在基发送。一块BBU板卡同时给多个RRU发送下行数据的话,站侧进行,不需要在信令中包含角度字段需要增加BBU板卡的基带处理能力。对于LTE系统中空分复用,受限因素取决于空分复用3TD- SCDMA系统的重数,若重数很高,则导致需要同时支持的用户数多,由于不同通道实现了时隙和码的复用,室外环境利用则易出现 PDCCH受限。若重数较低,则可能不存在此问题,智能天线中的方向角指示,室内环境可以直接在到达角字因为室内信道比室外好得多, PDCCH传输所需的聚合等段填写通道号,也就是每个载波都上报通道号;通过这种级也会低一些,因此 PDCCH空间可以容纳的用户数相比方式,能够实现不同通道用户的识别。室外会更多。但总体来讲,对于空分复用, PDCCH相比在用户数较小的时候,可以将不同通道设置为1个小 PDSCH更容易受限。区,当用户数较多时,需要增加小区数的设置。由于空分对于2天线端口下行100PRB情况,假设采用3个复是业务信道重用,而控制信道不重用,因此控制信道OFDM符号传输 PDCCH,则这3个OFDM符号的REG往往是小区的受限因素。对于 HSDPA来说,当上下行时总数为800个,PCFH会占据4个RECG,假设 PHICH占据N幽,则可供 PDCCH使用的REG数目为796-分利用信道的长期统计特性,可以采用全带宽单一PMI以N个。由于一个CCE对应9个REG,因此可供节约信令开销。而大间距天线需要频繁跟踪信道时频变化,PDCCH使用的REG总数为(79-N/9个。假设在全带宽反馈一个PMI无法充分表示信道的空间特性所有用户的聚合等级为1CCE(聚合等级可以为1,2,4,在标准化工作中,基于Rel-8的MU-MIMO,即基8CCE),则可以容纳[796-Nm/)个用户,进一步假于 codebook bl] MU-MMo标准化已经完成,目前支持2设Nm=0,则获知最大用户数为88个。需要注意的是,用户复用。基于non- codebook b MU-MMo正在标准这88个用户不仅包括下行调度,也包括上行调度。化过程中,该方案相对基于 codebook的MU-MIMO有更在室外的应用场景,根据信道估计采用空间隔离与否,好的性能。目前标准规定的下行 codebook mu-MIMo,可将空分复用与LTE中的多用户MIMO结合起来。空分仿真表明吞吐量性能较差,适用场景非常少,在LTE系统复用中,虽然室外SDMA和MU-MMO都需要利用用户部署初期可以不考虑该特性。另外,目前基于波束赋形的的空间隔离度,但是室外SDMA各用户的信道估计和数MU-MIMo(non- codebook MU-MMO)正在标准化据检测都通过空间域进行隔离,MU-MMO仅仅数据检过程中,在该方案标准化完成后优先考虑。测需要从空间域进行分离。基于 codebook的MU-MMO当空分复用用户数超过单小区控制信道信令的限制后各用户信道估计都采用公共导频实现,无需空间隔离。基可将系统资源由原来的单小区配置调整为多小区配置。采于non- codebook的MU-MIMo各用户信道估计采用该用多小区的优势是资源分配灵活,无需上行合并或者下行用户专属的导频进行,也无需空间隔离,该方案正在标准选择发送,不会提高系统的复杂度和基带的处理能力要求。化过程中但是当用户跨越楼层时会出现切换。另外,小区吞吐量不由于LTE系统 Release8上行UE采用单天线发射,如单小区配置的多通道业务信道复用的吞吐量高定程度上限制了系统容量。为了充分发挥MIMO技术4结论的优势,提高上行系统吞吐量,LTE中明确采用了上行MU-MIMO技术。空分复用在TD以及LTE中的使用,能够使得系统容在保证用户间有一定隔离度的前提下,对于上行来讲,量在硬件条件不变的情况下有所提升。但是受到控制信道各用户信道是通过DMRS不同循环移位进行区分的,标准的限制,基站在用户数增多时需要考虑增加小区数目的方规定上行 DMRS(Demodulation Reference Signa)的循式容纳更多用户环移位n。=(n0ks+nks+nm)mod2,其中ns和在LTE中需要考虑上行MU-MIMO,该特性主要用n{为小区参数,nms为用户参数。基站通过给位于相于提高上行小区吞吐量。下行MU-MMo有待标准化工同资源的多个用户分配不同的n,使得这些用户的作的完成。DMRS不同,从而进行区分。对于下行来讲,各用户信道是通过空间进行区分的(采用不同的预编码向量)。不是所有的终端都能相互组合进行多用户MMo,只有两两之间信道特征相关性较弱的终端组合才能进行MU-MIMO,否则多用户均衡将面临空域自由度不足的问题,无法正确恢复多用户原始信号。另外,利用同一时频资源块同时进行MU-MMO的终端总数不能超过上行接收天线总数,否则也会面临空城自由度不足的情况。参考文献当系统负载很大时,为了进一步提升系统吞吐量,刘群,赵想楼,$ CDMA HSDPA空分复用技术应用研究.通信世界B,2009,(13)主要是对相关库列(小间距天线,因为相关库列可队充x215无““的米,6吃TELECOM ENGINEERING TECHNICS AND STANDARD/ZATIONTD-LTE系统与WLAN系统共存研究梁童孟德香中国移动通信集团设计院有限公司北京100080)摘要根据我国频谱规划,在2.4GHz频点处将会出现移动通信系统与无线局域网(WLAN)共存情况。本文通过对WLAN系统与TD-LTE系统在24GH频点处进行共存研究,给出了WLAN系统不同带外干扰值对TD-LTE系统所带来的影响,从而得出了满足TD-LTE系统设备通信要求的情况下,对WLAN系统设备的带外干扰值要求关键词TD- LTE WLAN带外干扰值容量损失2004年11月启动LTE项目以来,3GPP以频繁的会议全力1前言推进LTE的研究工作,仅半年就完成了需求的制定,据相由于移动通信与宽带无线接入(BWA, Broadband关数据统计,TD-LTE有望在2010年左右具备规模试验的Wireless Access技术的融合,3GP启动了LTE项目。条件。与3G相比,LTE更具技术优势,具体体现在高数据速率、无线局城网(WLAN, Wireless Local Area Network)分组传送、延迟降低、广域覆盖和向下兼容等方面。LTE作为一种新兴的、不断发展的技术,以其安装的灵活性釆用由 Node b构成的单层结构。这种结构有利于简化网网络的伸缩性、移动性、低成本等优点,获得了广泛的发络和降低延迟,实现了低时延、低复杂度和低成本的要求。展。目前,无线局域网已在医院学校、金融服务、制造业与传统的3GPP接入网相比,LTE减少了RNC节点。名义上服务业、公司应用和公共访问等场所得到了广泛应用LTE是对3G的演进,但事实上它对3GPP的整个体系架构2002年10月23日,原信息产业部发布〔2002]479作了革命性的变革,逐步趋近于典型的P宽带网结构。自号文件,公布了我国第三代公众移动通信系统頻率规划,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)