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广播/多播业务的非正交传输 | 带你读《5G非正交多址技术》之十四

简介: 非正交传输的原理可以用在下行的广播/多播业务上,也就是不同速率的业 务在相同的时间、频率和空间域中传输。

第 3 章 下行广播/多播的非正交传输

| 3.2 LTE 物理多播信道(PMCH)简介 |

| 3.3 广播/多播业务的非正交传输 |

非正交传输的原理可以用在下行的广播/多播业务上,也就是不同速率的业 务在相同的时间、频率和空间域中传输。每一种速率的业务分别针对 UE Geometry 在一定范围的用户,如图 3-3 所示。其中速率较低(基本类)的业务 是面向大多数用户的,可以覆盖小区边缘,而速率较高(或称增强类)的业务 主要适用于离基站较近的用户。
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速率较低(基本类)的业务可以是音频类的节目或者是像素分辨率较低的 图像和视频节目,签约费用较低,服务群体较大,需要覆盖区域内的多数用户。 速率较高(增强类)的业务通常是像素分辨率较高的高清图像和视频节目,签 约费用较高,服务群体不大,不必做到广域覆盖。增强类的业务还可以指临时 在热点地区,如体育运动场馆、露天演出和集会的场景,覆盖范围仅仅局限于 这些临时的热点,给观众以高质量的广播/多播服务。

| 3.4 仿真性能分析 |

广播/多播业务的物理层没有信道状态信息(CSI)反馈,也没有 ACK/NACK 反馈,因此无法进行链路自适应和 HARQ 的重传。从单链路角度而言,在有小 尺度衰落信道上的传输速率远小于相应的香农容量界,用信道容量来描述广播/ 多播的性能没有很大意义。一般常用的链路评估方法是考察在某一个平均信噪 比下的误块率。这里的平均信噪比是反映一段时间内,小尺度衰落信道的平均 功率。误块率是长期的统计。
广播/多播业务是“一对多”的传输,接收用户数不限,不存在系统容量的 含义。性能通常以某种业务速率的覆盖率来评定。在蜂窝系统,广播/多播业务 一般在同构网络(Homogeneous Networks)中部署,参加广播/多播的单频网络 (MBSFN)的基站组成“簇”(Cluster),基站簇的大小可以配置[2]。如图 3-4 所示,(b)的簇由中心基站及它周围的一圈 6 个基站组成,(a)的簇由中心 基站及它周围的两圈基站组成,共(1+6+12)=19 个基站。基站簇越大,边缘 效应越不明显,信噪比总体来讲更高,覆盖更好,但对系统的要求更高,如簇 内基站之间的同步精度,回传网络的信号传输时延等。为了能更好地反映 MBSFN 较好部署时的状况,可以假设图 3-4(b)中的配置,并且环绕式重复(Wrap-Around)。
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由于广播/多播物理信道没有信道状态信息反馈,发射端无法计算有效的预 编码矩阵来进行闭环多天线空间复用(Closed-Loop MIMO)。终端也不能反馈 秩(Rank)信息,所以开环多天线空间复用(Open-Loop MIMO)也难以使用。 一般就假设单天线或者两天线端口,用 Rank = 1 来传输广播/多播的业务。链路 到系统的映射是基于误块率与长期平均的信噪比的曲线,即满足 1%误块率下, 所需要的平均信干噪比。链路曲线充分考虑 MBSFN 传输给小尺度衰落带来的 额外频选特性。对于增强层的传输,假设来自基本层传输的干扰可以完全消除, 平均信干噪比的计算公式为
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式(3.3)中的系数 α 是增强层发送功率占总发射功率的比例。对于基本层 的传输,假设来自增强层传输发射功率较低,调制等级和码率较高,其干扰难 以消除,平均信干噪比的计算公式为
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表 3-1 是广播/多播物理信道系统仿真参数[3]。
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仿真有两种情形:(1)只有一层的广播/多播传输,即所有的发射功率都 分配给了低速率(基本类)业务;(2)两层的广播/多播传输,高速率(增强 类)业务和低速率(基本类)业务的发射功率比值有 5 种:[10% : 90%]、 [20% : 80%]、[30% : 70%]、[40% : 60%]和[50% : 50%]。图 3-5 显示的是单层广 播/多播传输情形的下行宽带信干噪比(Signal to Interference and Noise Ratio, SINR)的 CDF 曲线。因为只有热噪声,大多数用户的信干噪比在 15 dB 以上。
图 3-6 是在不同的功率分配下,增强层的下行宽带信干噪比的 CDF 曲线。 与直观经验相符,当分配给增强层的功率增大后,信干噪比的 CDF 曲线向右 移动。
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图 3-7 是在不同的功率分配下,基本层的下行宽带信干噪比的 CDF 曲线。 注意到当分配给基本层的功率从 90%降低到 50%后,基本层的信干噪比的 CDF 曲线向左有较大的移动。
图 3-8 是频谱效率与基本层发射功率比率的一系列曲线,分为三类。粗线 代表单层传输的性能。因为全部功率都分给了基本层,曲线不随功率分配的不 同而有变化,在 95%覆盖下能保证 4 bit/(s·Hz)的频谱效率。
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虚线代表基本层的性能,而实线代表增强层的性能。当只有 50%功率分给 基本层时,基本层在 95%覆盖下只能保证 0.8 bit/(s·Hz)的频谱效率,但此 时增强层在 95%覆盖下能保证 3.1 bit/(s·Hz)的频谱效率,在 15%覆盖下竟 然能够保证 13.5 bit/(s·Hz)的频谱效率。当更多功率分给基本层时,例如 80%, 则基本层在 95%覆盖下只能保证 2.1 bit/(s·Hz)的频谱效率,而增强层在 15% 覆盖下能保证 12.2 bit/(s·Hz)的频谱效率。这也确实反映了当有基本层和增 强层存在不同覆盖要求时,远端用户(多半为基本层)与近端用户(多半为增 强层)构成远近效应,从而可以增加总的频谱效率。图 3-8 给广播/多播的蜂窝 运营商一个参考,帮助在覆盖和业务质量之间做好权衡。

| 参考文献 |

[1] 袁弋非. LTE-Advanced 关键技术和系统性能[M]. 北京:人民邮电出版 社,2013.
[2] 3GPP, RP-150860. Motivation on the study of PMCH using MUST, MediaTek, RAN#68, June 2015, Malmo, Sweden.
[3] 3GPP, RP-150979. Multi-rate superposition transmission of PMCH, ZTE, RAN#68. June 2015, Malmo, Sweden.

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