TD-LTE異構網絡覆蓋研究

郭華 肖榮軍 王宏圖

摘要文章簡要介紹了LTE異構網絡的拓撲、優(yōu)勢及其潛在問題，給出了3種控制域干擾協調方案，并通過比較分析指出LTE中增強的ICIC選擇了以時域劃分為基礎的干擾協調方案。

關鍵詞TD-LTE異構網絡Macro-Pico干擾協調方案ICIC

1前言

隨著數據業(yè)務的不斷增長，通過簡單的小區(qū)分裂或LTE R8／9中ICIC(Inter-cell InterferenceCoordination)技術已經難以提高數據容量和小區(qū)邊緣頻譜效率。在此背景下，同頻共信道的異構網絡逐漸受到關注。

所謂異構網絡，是指在傳統(tǒng)的Macro eNB覆蓋區(qū)域內，再部署若干個小功率傳輸節(jié)點(可能是Pico eNB和Femto)，它們與傳統(tǒng)分層覆蓋采用不同的頻率不同，這些小功率傳輸節(jié)點與Macro eNB占用相同的頻率甚至載波帶寬。這種網絡部署為進一步提高小區(qū)邊緣UE的吞吐量和頻譜效率提供了可能，但是存在Macro eNB和小功率傳輸節(jié)點間的共信道干擾問題。因此，針對這種網絡部署的增強的ICIC技術在LTE中被提出研究。

2LTE異構網絡

在一些熱點(Hot-Spot)區(qū)域，網絡部署對網絡規(guī)劃要求比較高，這些區(qū)域往往對數據容量和覆蓋的要求也很高。傳統(tǒng)網絡中通常通過中繼來滿足覆蓋的要求。而傳統(tǒng)中繼的簡單放大轉發(fā)功能難以滿足不斷增加的系統(tǒng)吞吐量要求。因此一些非傳統(tǒng)的低功率網絡傳輸節(jié)點，比如Pico eNB和Femto會被作為傳統(tǒng)宏覆蓋的一種補充引入到網絡部署中，LTE中將這種包括不同網絡傳輸節(jié)點的網絡稱為異構網絡。

現在LTE中主要研究Macro-Pico和Macro-Femto兩種部署場景，本文僅以Macro-Pico為例，其網絡拓撲如圖1所示：

在傳統(tǒng)同構網絡中，UE總是駐留在下行信號強度最強的小區(qū)，這相同的策略應用于異構網絡部署。顯然，在Pico eNB的幫助下，Macro eNB覆蓋區(qū)域的信噪比分布會比單純Macro eNB覆蓋下的信噪比分布有明顯改善，特別是中高信噪比部分的UE的比例得以提高，從而系統(tǒng)吞吐量獲得提升。但由于Pico eNB的發(fā)送功率相對較低，如果僅按照最強信號強度來選擇小區(qū)，Pico小區(qū)中駐留的用戶將會比較少，導致系統(tǒng)吞吐量的提升不是很顯著。基于此，在異構網絡的研究中逐步傾向引入Pico小區(qū)范圍擴展(Ranging Expansion)，以此讓更多的UE能夠被Pico eNB服務。這主要從如下2個因素考慮：

(1)上行干擾。在Pico eNB功率相對較低的條件下，UE如果被Pico eNB服務，意味著Pico eNB相對較近，Pico eNB至UE的路徑損耗相對較小，這時UE的上行發(fā)送功率會相對較低，從而可以降低UE間的上行干擾。

(2)eNB頻率復用。Macro eNB下的多個PicoeNB之間實際上是一種小區(qū)分裂，它們之間的頻率復用系數為1，隨著Pico eNB的增多，系統(tǒng)容量將可能得到顯著提升。

把更多的UE留在Pico小區(qū)，即采用RE可能有效提高系統(tǒng)吞吐量，但這也意味著即使UE檢測到Macro小區(qū)信號強度更強，也仍希望該UE被Pico小區(qū)服務，這時Macro小區(qū)對UE的干擾將會成為RE實施的瓶頸。

3干擾協調候選方案

3.1方案提出

在LTE R8系統(tǒng)中已經引入部分ICIC技術，這種場景下的瓶頸主要在數據域，因此R8 ICIC主要考慮小區(qū)間數據域的干擾協調問題，它通過X2接口的協調，使相鄰各小區(qū)邊緣的UE避免使用相同物理資源塊。但在異構網絡中，干擾的瓶頸不再是數據域，而是轉到了控制域，從而在異構網絡中對干擾協調方案提出了新的要求。根據LTE R10標準的討論，3種控制域干擾協調方案被提出：

(1)基于載波聚合的干擾協調方案。該方案主要基于LTE R10中引入的載波聚合機制來實現干擾協調。載波聚合中引入了跨載波調度機制，這樣如果Macro小區(qū)部署2個載波的系統(tǒng)，Pico小區(qū)同樣部署2個載波的系統(tǒng)，Macro小區(qū)和Pico小區(qū)的控制區(qū)就可以通過協調使用不同的載波從而避免控制區(qū)的干擾，如圖2左上圖所示。

(2)基于頻率劃分的干擾協調方案。在R8／9中控制區(qū)域是跨載波全部帶寬的，但該方案要求控制區(qū)只在載波部分帶寬上發(fā)送。這樣從數據域來看，Macro和Pico統(tǒng)計復用整個載波的頻域資源，而控制區(qū)相互正交，再結合以R8／9的ICIC機制，Macro與Pico之間的干擾可以得到有效控制，如圖2右上所示。

(3)基于時間劃分的干擾協調方案。該方案要求Macro與Pico之間相互協調，Macro保留部分時域資源，在這些時域資源上僅發(fā)送參考信號或少部分控制信道以避免本小區(qū)的控制信道信息對Pico小區(qū)發(fā)送的控制信道的干擾，如圖2右下所示。

3.2方案比較

對于上述3種候選方案，LTE-Advanced中都進行了研究和討論。載波聚合在頻率資源比較充分的情況下，無疑是Macro-Pico間控制信道實現干擾協調的最好方案，且已在R10中引入；它的瓶頸在于載波聚合屬于終端能力范疇，不是所有R10終端都可以支持載波聚合或跨載波調度的?；陬l率劃分的協調方案雖然在后向兼容性上有著最好的表現，但它也要求特定能力的終端，且其在控制信道和帶寬識別的設計上與R8／9有所不同，與載波聚合也有著太多的相似，沒有得到廣泛的支持。出于帶寬限制、終端能力和后向兼容性考慮，現在LTE中增強的ICIC選擇了以時域劃分為基礎的干擾協調方案。

引入了時域劃分為基礎的干擾協調方案后，R10終端的測量面臨新的要求，尤其是FDD終端。在R8／9中，由于FDD下行子幀是連續(xù)發(fā)送的，因此終端的RSRP、RSRQ、RLM及CSI的測量都是基于該假設定義的；但在引入時域劃分方案后，并不是所有下行子幀都可以被Macro小區(qū)使用，各下行子幀上的干擾狀況也不再一致，因此要求終端定義新的基于特定時域資源的RSRP、RSRQ、RLM和CSI的測量。以RLM為例，由于Macro已經預留出部分子幀作為Pico小區(qū)的保護資源，這些資源對Pico小區(qū)的干擾是相對較低的，終端在Pico中的這些子幀上可以得到較好的服務。如果Pico小區(qū)的UE的測量仍然基于所有下行子幀進行測量，沒有作為保護資源的子幀上的干擾是比較大的；這時終端的測量就可能誤判，認為Pico的鏈路質量已經不足以滿足它的通信需求，就會宣布鏈路失敗或觸發(fā)切換流程。不過這種新的測量對于TD-LTE系統(tǒng)而言似乎不成問題，因為TD-LTE中本身就不能做下行子幀連續(xù)發(fā)送的假設。

4總結

本文簡要介紹了一種基于不平衡網絡傳輸節(jié)點的異構網絡部署方式，它通過小區(qū)間的干擾協調機制可以兼得小區(qū)分裂和資源統(tǒng)計復用的優(yōu)勢，有效提高系統(tǒng)吞吐量和小區(qū)邊緣頻譜效率，是值得運營商重點關注的一個網絡部署策略。