LTE同頻干擾環(huán)境下干擾抑制檢測(cè)算法的研究

謝 奔

(重慶郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院，重慶4000065)

LTE系統(tǒng)采用全同頻組網(wǎng)。同頻干擾［1］是基站和終端需要共同解決的問題之一，作為終端，需要考慮如何均衡同頻信道環(huán)境，從存在同頻干擾的信號(hào)中檢測(cè)出有用信息，將同頻干擾的影響降到最低。

1 信號(hào)模型

根據(jù)參考文獻(xiàn)［3］可知，單小區(qū)環(huán)境下，在一個(gè)OFDM符號(hào)周期，接收天線i在第k個(gè)子載波上接收到的信號(hào)為:

其中hij(k)代表接收天線i與發(fā)射天線j在此OFDM符號(hào)周期第k個(gè)子載波上的頻率信道相應(yīng)，xj(k)為發(fā)送天線j在此OFDM符號(hào)周期第k個(gè)子載波上傳輸?shù)男盘?hào)，ni(k)為接收天線i在此OFDM符號(hào)周期第k個(gè)子載波上接收到的加性高斯白噪聲。

考慮L個(gè)同頻干擾源，則接收信號(hào)可以表示為:

2 發(fā)射分集傳輸模式

根據(jù)參考文獻(xiàn)［2］可知，如果目標(biāo)小區(qū)和干擾小區(qū)均采用傳輸分集有:

如果目標(biāo)小區(qū)采用傳輸分集，而干擾小區(qū)傳輸模式為單天線，則有:

如果目標(biāo)小區(qū)采用傳輸分集，而干擾小區(qū)傳輸模式為空間復(fù)用，則有:

3 單天線傳輸模式

如果目標(biāo)小區(qū)和干擾小區(qū)傳輸模式為單天線，則有:

如果目標(biāo)小區(qū)傳輸模式為單天線，干擾小區(qū)傳輸模式為發(fā)射分集或者空間復(fù)用，則有:

4 算法核心思想

根據(jù)第三節(jié)的分析可知，無論干擾小區(qū)和目標(biāo)小區(qū)采用哪種傳輸模式，UE接收到的信號(hào)均可描述為:

其中y為UE接收到的信息，H為目標(biāo)小區(qū)信道信息，x為目標(biāo)小區(qū)發(fā)送的有用信息，Gi為第i個(gè)干擾小區(qū)基站到UE的信道狀態(tài)信息，Zi為第i個(gè)干擾小區(qū)發(fā)送的信息，L為干擾小區(qū)個(gè)數(shù)。

(1)已知H＆G

對(duì)每根天線接收到的信息乘以不同的加權(quán)向量ω，從而獲得發(fā)射信息x的有效估計(jì)^x，加權(quán)向量ω根據(jù)選取的準(zhǔn)則確定，最小均方誤差準(zhǔn)則在這一類問題中受到廣泛應(yīng)用，基于MMSE準(zhǔn)則的代價(jià)函數(shù)為:

上述加權(quán)矩陣的表達(dá)式可設(shè)為:

上式中Rnn為噪聲功率協(xié)方差矩陣。H為目標(biāo)小區(qū)信道狀態(tài)信息，Gi為第i個(gè)干擾小區(qū)基站到UE的信道狀態(tài)信息，H和Gi依據(jù)目標(biāo)小區(qū)和干擾小區(qū)的傳輸模式而確定，形如式(3)～(7)中所示。

由(10)式可以看出，其與基于MMSE準(zhǔn)則的最大比合并(MRC)算法不同之處是考慮了抑制同頻干擾的影響，因此該算法被稱為干擾抑制合并(IRC)算法。

本方法需要已知目標(biāo)小區(qū)和干擾小區(qū)信道狀態(tài)信息，本文將其命名為IRC(H＆G)。

(2)未知H＆G

IRC算法要求UE已知目標(biāo)小區(qū)和干擾小區(qū)的信道狀態(tài)信息，當(dāng)工程中不能獲得干擾小區(qū)的信道狀態(tài)信息時(shí)，可以通過盲估的方式獲得干擾的協(xié)方差矩陣［2］，觀察(10)式中一項(xiàng)，顯然有:

近似認(rèn)為H和Gi在一定的時(shí)間和頻率范圍內(nèi)保持不變，則可以通過對(duì)該范圍內(nèi)的yyH求平均而獲得HHH+Rnn+的有效估計(jì)，以一定的性能損失為代價(jià)換取干擾小區(qū)信道估計(jì)信息的獲取。

具體而言，加權(quán)矩陣ωH為:

其中:

上式中N表示用于估計(jì)干擾協(xié)方差的頻域維度，以檢測(cè)次數(shù)為單位(傳輸分集，1個(gè)檢測(cè)對(duì)應(yīng)2個(gè)子載波，單天線1個(gè)檢測(cè)對(duì)應(yīng)1個(gè)子載波)，L表示時(shí)域維度，以O(shè)FDM符號(hào)個(gè)數(shù)為單位。如果用于估計(jì)干擾協(xié)方差矩陣的樣本過少，則顯然估計(jì)的結(jié)果不準(zhǔn)確，如果采用的樣本過多，則導(dǎo)致樣本包含的H和Gi的特性發(fā)生變化，性能也會(huì)下降，從參考文獻(xiàn)［2］的研究結(jié)論看，優(yōu)選1個(gè)PRB(物理資源塊)。

如果目標(biāo)小區(qū)采用的是傳輸分集模式，則R為1個(gè)4×4的共軛對(duì)稱矩陣;如果目標(biāo)小區(qū)采用的是單天線傳輸模式，則R為1個(gè)2×2的共軛對(duì)稱矩陣。

本方法假定1個(gè)PRB范圍內(nèi)的干擾統(tǒng)計(jì)特性不變，通過盲估的方法獲得干擾協(xié)方差矩陣，本文將其命名為IRC(PRB)。

5 算法流程設(shè)計(jì)

(1)IRC(H＆G)

本方案如圖1所示，如果目標(biāo)小區(qū)和干擾小區(qū)RS重回，信道估計(jì)可采用MLS多小區(qū)信道估計(jì)算法［5］，否則目標(biāo)小區(qū)和干擾小區(qū)分別采用單小區(qū)信道估計(jì)LS算法;信號(hào)檢測(cè)采用IRC(H＆G)算法，4×4矩陣求逆可采用cholesky分解［4］或者M(jìn)D2MH分解計(jì)算。

圖1 IRC(H＆G)方案，下行鏈路接收框圖

(2)IRC(PRB)

同頻環(huán)境接收端解決方案如圖2所示。首先根據(jù)測(cè)量得到的SIR(信干比)判斷是否啟動(dòng)同頻算法，如果SIR大于門限值，則采用單小區(qū)策略。如果SIR小于門限值，則激活Ruu盲估模塊，計(jì)算UE占用PRB的信道均衡模塊采用本文介紹的IRC算法合并接收到的數(shù)據(jù)從而獲得有用信息的估計(jì)。

如圖2所示，資源單元解映射模塊輸出端口:

●Data_PRB_I，用于指示每1個(gè)輸出Data所在的PRB編號(hào)

●SF_Data_Len，用于指示每1個(gè)子幀中需要檢測(cè)的總的數(shù)據(jù)量

● PRB_Indicate，用于指示第k個(gè)PRB是否被UE占用

Ruu盲估模塊用于計(jì)算UE占用的PRB的，計(jì)算實(shí)現(xiàn)過程如下:

步驟1:分別將天線口0和1接收到的數(shù)據(jù)按照其對(duì)應(yīng)的PRB編號(hào)存入對(duì)應(yīng)的數(shù)組中;

步驟2:計(jì)算UE占用的每個(gè)PRB包含的數(shù)據(jù)量;

步驟3:判斷第i個(gè)PRB是否分配給UE，如果是，則計(jì)算該P(yáng)RB對(duì)應(yīng)的R，這里是以PRB為單位計(jì)算;

步驟4:單天線時(shí)，計(jì)算R;

步驟5:發(fā)射分集時(shí)，計(jì)算R;

步驟6:2×2矩陣求逆，可采用簡(jiǎn)單矩陣求逆實(shí)現(xiàn);

步驟7:4×4矩陣求逆，可采用 cholesky分解或者M(jìn)D2MH分解計(jì)算。

圖2 IRC(PRB)方案，下行鏈路接收框圖

6 結(jié)論

IRC(H＆G)方案以及IRC(PRB)方案給出的算法都能有效抵御同頻干擾，其中IRC(H＆G)方案最優(yōu)，但是需要信道估計(jì)針對(duì)RS不重合場(chǎng)景進(jìn)行優(yōu)化，以提高干擾小區(qū)信道估計(jì)的準(zhǔn)確度。

在信道估計(jì)方案不變的條件下，針對(duì)RS不重合場(chǎng)景，可以采用IRC(PRB)所述方案，而針對(duì)RS重合場(chǎng)景，建議信道采用MLS、信道均衡采用IRC(H＆G)方案獲得最優(yōu)的性能。

［1］梁鵬.LTE系統(tǒng)的同頻干擾的消減方法及比較［J］.電信科學(xué)，2009(2):87－90.

［2］3GPP R1 － 061245.On 2 Antenna Open Loop Downlink TX Diversity［Z］.Nokia.2006.

［3］譚正林，鄧校成.單小區(qū)多用戶下行OFDM系統(tǒng)資源分配算法研究［J］.信息技術(shù)，2012(7):92－95.

［4］劉青昆.Cholesky分解并行算法的性能評(píng)測(cè)［J］.遼寧師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2009(1):58－61.

［5］張浩杰，李曉明，裴文林.MLS接收機(jī)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)研究［J］.電視技術(shù)，2011(13):41－44.

［6］3GPP TS 36.211 V10.7.0.Physical Channels and Modulation［Z］.2013 －02.