Coordinated Multipoint

Cada vez mais nas redes m ´oveis ´e essencial garantir um elevado d ´ebito bin ´ario e elevada efici ˆencia espectral a todos os utilizadores dentro da c ´elula, independentemente da posic¸ ˜ao do mesmo. Quando um UE se encontra na orla duma c ´elula, para al ´em da atenuac¸ ˜ao de espac¸o livre ser elevada, este recebe sinais de eNBs adjacentes ao seu e a sua pr ´opria transmiss ˜ao vai chegar a v ´arios eNB que n ˜ao ao qual est ´a ligado. Se estas transmiss ˜oes de m ´ultiplos eNBs forem coordenadas o desempenho das ligac¸ ˜oes pode melhorar significativamente. A esta coordenac¸ ˜ao entre eNBs chama-se CoMP e foi especificada na LTE Release 11, [Ahm13]. Esta especificac¸ ˜ao suporta transmiss ˜ao coordenada no DL e recec¸ ˜ao coordenada no UL e inclui tanto redes homog ´eneas como redes heterog ´eneas, onde poder ˜ao existir n ´os de baixa pot ˆencia (e.g., relay nodes, pico- ou femto-cells) para servir ´areas espec´ıficas de c ´elulas. Na transmiss ˜ao referente ao DL, os sinais transmitidos de m ´ultiplos eNBs s ˜ao coordenados de forma a aumentar a pot ˆencia do sinal recebido ou reduzir a interfer ˆencia co-canal. J ´a no UL ´e poss´ıvel limitar a interfer ˆencia e garantir que a informac¸ ˜ao ´e recebida, tirando partido dos m ´ultiplos pontos para

recec¸ ˜ao dispon´ıveis. Uma m ´etrica tipicamente utilizada em comunicac¸ ˜oes m ´oveis para averiguar o poss´ıvel desequil´ıbrio na divis ˜ao dos recursos de entre os UEs num eNB designa-se por fairness. Existem v ´arias formas de calcular este indicador, a utilizada nesta tese ser ´a descrita no Cap´ıtulo 3. Em CoMP torna-se ent ˜ao necess ´ario formar grupos de eNBs, os chamados clusters. No entanto, quanto maior o n ´umero de eNBs e UEs agrupados maior se torna o overhead de sinalizac¸ ˜ao e o feedback necess ´ario por parte dos UEs. Portanto este agrupamento dever ´a ser limitado a um n ´umero reduzido de eNBs e UEs. A formac¸ ˜ao de clusters pode ser feita de forma est ´atica, se estes n ˜ao se alterarem ao longo do tempo, ou din ˆamica. A Figura 2.6 mostra uma rede t´ıpica de LTE e um exemplo de um cluster nessa mesma rede. Em LTE normalmente um eNB ´e dividido em 3 sectores, ou c ´elulas, em que cada um dos quais cobre 120^◦da ´area desse eNB. Desta forma ´e garantido um melhor aproveitamento do espectro dispon´ıvel. Por outro lado vai provocar interfer ˆencia intra-eNB, entre sectores do mesmo eNB. Interfer ˆencia entre dois eNBs distintos designa-se inter-eNB.

Figura 2.6: Rede LTE tri-sectorizada [MF11].

Apesar dos eNBs num sistema real apresentarem uma zona de cobertura com a forma dum c´ırculo, na Figura 2.6 estes apresentam uma forma hexagonal. Isto acontece pela maior facilidade na modelac¸ ˜ao dum sistema desta forma. Assim n ˜ao h ´a zonas sem cobertura nem zonas com muita interfer ˆencia. As t ´ecnicas de emiss ˜ao/recec¸ ˜ao CoMP podem ser classificadas em duas categorias, as quais est ˜ao representadas na Figura 2.7:

• Inter-eNB CoMP, onde a coordenac¸ ˜ao entre eNB ´e feita atrav ´es da interface X2 com um atraso de feedback t´ıpico de 5-30 ms;

• Intra-eNB CoMP, onde os pontos de transmiss ˜ao est ˜ao normalmente ligados atrav ´es de fibra ´optica o que possibilita um atraso de feedback na ordem de 5 ms, sem recurso `a interface X2.

A arquitetura da rede, de forma a ser poss´ıvel o uso de CoMP, tem de garantir a coordenac¸ ˜ao e sincronizac¸ ˜ao entre os v ´arios pontos de transmiss ˜ao. No caso de inter-eNB CoMP, ´e necess ´aria a troca de informac¸ ˜ao sobre os UEs e os respetivos Channel State Information (CSI) entre os v ´arios eNBs, ou pontos de transmiss ˜ao no caso de redes heterog ´eneas, o que requer uma baixa lat ˆencia e uma elevada capacidade entre os mesmos. O CSI corresponde `a agregac¸ ˜ao dos par ˆametros RI, PMI e CQI.

Figura 2.7: Inter-eNB e Intra-eNB CoMP [Ahm13].

As duas t ´ecnicas CoMP usadas no DL s ˜ao Joint Processing (JP) e Coordinated Scheduling/Beamforming (CS/CB). Estas t ´ecnicas aplicam-se tanto aos modos de operac¸ ˜ao FDD como TDD e est ˜ao representa-das na Figura 2.8.

Em JP a informac¸ ˜ao a enviar est ´a em mais do que um ponto de transmiss ˜ao, ou sectores em redes homog ´eneas. JT ´e uma subcategoria desta t ´ecnica e consiste no envio da mesma informac¸ ˜ao, por parte de pontos de transmiss ˜ao diferentes para o mesmo UE utilizando o mesmo recurso r ´adio. Desta forma ´e poss´ıvel melhorar a qualidade do sinal recebido e reduzir a interfer ˆencia na ligac¸ ˜ao j ´a que os pontos escolhidos para emiss ˜ao, para al ´em do pr ´oprio eNB, eram anteriormente as maiores fontes de interfer ˆencia para o UE. Outra subcategoria de JP ´e a Dynamic Point Selection (DPS) e muting, na qual a informac¸ ˜ao ´e transmitida pelo ponto que garantir melhor qualidade do sinal num dado instante enquanto ´e eliminada a maior fonte de interfer ˆencia para essa ligac¸ ˜ao, muting. O ponto que garante me-lhor qualidade de sinal varia principalmente pelas constantes alterac¸ ˜oes do desvanecimento do canal. Esta t ´ecnica garante um equilibro entre complexidade, overhead e d ´ebito em relac¸ ˜ao ao JT. ´E tamb ´em poss´ıvel usar JT e DPS em simult ˆaneo.

Por outro lado para CS/CB a informac¸ ˜ao para um determinado UE encontra-se apenas num ponto de transmiss ˜ao. A emiss ˜ao ´e feita apenas de um ponto mas o agendamento de recursos e a t ´ecnica de beamforming ´e coordenada entre os v ´arios pontos de transmiss ˜ao do cluster. Tamb ´em aqui pode ser usada a t ´ecnica muting para reduzir a interfer ˆencia. Nesta t ´ecnica o UE calcula n ˜ao s ´o os PMIs que o eNB deve usar de forma a maximizar a qualidade da transmiss ˜ao mas tamb ´em poss´ıveis PMIs causa-dores de forte interfer ˆencia na ligac¸ ˜ao se usados por eNBs adjacentes, os chamados Worst Companion Indicators (WCIs).

seme-Figura 2.8: T ´ecnicas usadas no DL em CoMP [Ahm13].

lhante ao DL, a informac¸ ˜ao ´e recebida por v ´arios pontos de forma a melhorar a qualidade do sinal. O agendamento de recursos e as decis ˜oes de pr ´e-codificac¸ ˜ao em CS/CB s ˜ao feitas de forma coordenada pelo cluster e a informac¸ ˜ao proveniente do UE ´e apenas recebida por um ponto.

Os UEs necessitam agora de calcular o CSI n ˜ao s ´o para o ponto ao qual est ˜ao ligados mas tamb ´em para um conjunto de pontos de transmiss ˜ao adjacentes. Este conjunto de pontos equivale a uma parte do cluster e pode variar com a mobilidade do UE. Na LTE Release 11 foi definida um procedimento de gest ˜ao de recursos CoMP para cada UE de forma a ajudar a rede a definir estes conjuntos sobre os quais s ˜ao calculados os CSIs [Ahm13].

Para a t ´ecnica CS/CB s ˜ao necess ´arios pelo menos dois CSIs para dois pontos de transmiss ˜ao distintos, onde um deles ´e referente ao ponto de transmiss ˜ao que est ´a a servir o UE em quest ˜ao e o outro, ou outros, ´e referente ao ponto de transmiss ˜ao que est ´a a interferir na ligac¸ ˜ao. Tamb ´em na t ´ecnica DPS s ˜ao necess ´arios os CSIs referentes a v ´arios pontos de transmiss ˜ao para ser poss´ıvel `a rede trocar para o melhor num dado instante. Em JT a pr ´e-codificac¸ ˜ao ´e aplicada de forma individual entre os pontos de transmiss ˜ao e portanto torna tamb ´em necess ´ario o c ´alculo do PMI para diferentes pontos de transmiss ˜ao.