Femtocell網(wǎng)絡(luò)干擾抑制技術(shù)綜述*

魯蔚鋒，祁彥川 ，何利文，陳思光

（1.南京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 南京 210003；2.南京郵電大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)學(xué)院 南京 210003；3.江蘇省無線傳感網(wǎng)高技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 南京 210003；4.寬帶無線通信與傳感網(wǎng)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 南京 210003）

1 引言

隨著最近幾年信息化社會的飛速發(fā)展，通信行業(yè)不斷革新，智能手機(jī)功能越來越全面，導(dǎo)致通信數(shù)據(jù)量不斷提升，用戶對通信信號覆蓋以及通信速度和質(zhì)量的要求越來越高。據(jù)相關(guān)研究表明，50%的語音業(yè)務(wù)和70%的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)都發(fā)生在室內(nèi)環(huán)境下[1]。但是城市內(nèi)高樓林立，市區(qū)內(nèi)宏基站（macrocell）信號受陰影效應(yīng)、多徑效應(yīng)、干擾以及接收機(jī)位置敏感等諸多不利因素影響，尤其是房屋墻壁對高頻段的無線信號的穿透損耗影響較大，用戶設(shè)備直接依靠室外macrocell的信號穿透覆蓋效果較差，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足用戶的需求。家庭基站（femtocell）的出現(xiàn)則可以有效解決室內(nèi)覆蓋等問題。

femtocell又稱HeNB，是一種室內(nèi)部署的低功率、覆蓋范圍較小、系統(tǒng)容量大、傳輸速率高、價(jià)格低廉、設(shè)置簡單的基站，其主要部署在辦公室、家庭、室內(nèi)娛樂場所等。femtocell可以看成迷你版的macrocell，macrocell的覆蓋半徑可達(dá)幾十千米甚至上百千米，而femtocell的覆蓋范圍只有幾十米，但是它們的工作頻段、空中接口協(xié)議、幀結(jié)構(gòu)等都無差異。femtocell可以通過住宅在建設(shè)之初就部署好的DSL等有線設(shè)備通過互聯(lián)網(wǎng)與運(yùn)營商核心網(wǎng)連接，降低部署成本，同時(shí)由于發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的距離大大縮短，傳輸質(zhì)量和速度將會有極大的提高。然而通信設(shè)備之間的干擾問題同樣也影響著femtocell的性能發(fā)揮，如何處理femtocell干擾問題也是現(xiàn)今的熱門討論問題之一[2]。

干擾管理類型根據(jù)對干擾問題的處理方式可以分為:干擾消除、干擾協(xié)調(diào)以及干擾抑制[3]。

干擾消除是指通信信號到達(dá)接收端后通過解調(diào)或者解碼信息將接收到的信號中的干擾直接消除的技術(shù)。干擾消除技術(shù)需要預(yù)先知道通信信號的特性以及接收端天線的陣列布置才能達(dá)到消除干擾的目的，對接收端設(shè)備的要求較高，用戶設(shè)備一般無法滿足條件，通常用于對基站的通信，如上行線路中用戶設(shè)備對基站的通信。干擾協(xié)調(diào)，又稱干擾回避技術(shù)，是指通過對下行資源例如頻率的分配或者發(fā)射功率的設(shè)置來協(xié)調(diào)。

多個(gè)小區(qū)間的通信覆蓋，回避小區(qū)間的干擾，代表技術(shù)有功率控制、頻域時(shí)域等資源劃分[4]。而干擾抑制技術(shù)則是采用波束成形、干擾隨機(jī)化、預(yù)編碼等方法對已知的干擾問題進(jìn)行干擾信號中和或者多用戶共同分擔(dān)來達(dá)到抑制干擾的目的。

2 femtocell的部署以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

femtocell典型的部署場景如圖1所示，femtocell連接到局域網(wǎng)等寬帶上，由專用網(wǎng)實(shí)現(xiàn)從IP網(wǎng)絡(luò)到運(yùn)營商核心網(wǎng)的連接，將家庭寬帶業(yè)務(wù)與移動(dòng)電話業(yè)務(wù)進(jìn)行有效融合，同時(shí)還將macrocell的部分負(fù)載分流到相對便宜的IP網(wǎng)絡(luò)中，有利于運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化[5]。而從參考文獻(xiàn)[6]中了解到家庭基站的網(wǎng)絡(luò)根據(jù)相應(yīng)的協(xié)議規(guī)定必須滿足如下要求。

·支持 CSG（closed subscriber group，封閉用戶組）和allowed CSG（已授權(quán)的封閉用戶組）列表處理:用戶設(shè)備需要維護(hù)一張allowed CSG列表，該列表一般存儲在 HSS（home subscriber server，家庭用戶服務(wù)器）中，列表初始為空，即該用戶設(shè)備不存在于任何CSG中。連接到同一個(gè)femtocell的用戶設(shè)備則屬于同一個(gè)CSG，每個(gè)用戶設(shè)備可以同時(shí)屬于不同的CSG，allowed CSG列表的信息則作為用戶的簽署信息，因此每個(gè)用戶設(shè)備對應(yīng)有不同的CSG ID。當(dāng)用戶離開某個(gè)CSG時(shí)，則在該列表中刪除對應(yīng)的CSG ID，反之當(dāng)用戶成功加入某個(gè)CSG時(shí)，將其在該CSG對應(yīng)的CSG ID加入列表。

·接入控制:核心網(wǎng)的MME（mobility management entity,移動(dòng)管理實(shí)體）網(wǎng)元可以對用戶設(shè)備執(zhí)行接入控制，用戶設(shè)備根據(jù)allowed CSG列表選擇某一個(gè)CSG ID連接對應(yīng)的CSG的時(shí)候需要觸發(fā)TAU（tracking area update，跟蹤域更新）來允許 MME執(zhí)行接入控制。

·移動(dòng)性管理:非CSG小區(qū)以及各不同CSG ID的CSG小區(qū)都可以使用相同或者不同的TAI（tracking area indicator，跟蹤域標(biāo)識），TAI的分配不應(yīng)該有任何限制，以方便用戶設(shè)備在多小區(qū)之間的切換。

圖1 femtocell典型的部署場景

[7]中可以得知femtocell的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2所示，滿足以上3點(diǎn)要求并且每個(gè)設(shè)備之間都有按照3GPP規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)接口連接。femtocell與HeGW之間的安全性網(wǎng)管可提供S1接口信令和用戶數(shù)據(jù)的聚合服務(wù)。C1接口可使用OTA（over the air）方式更新UE的allowed CSG列表。UE和femtocell之間的標(biāo)準(zhǔn)接口是LTE-Uu，與UE和macrocell之間的接口完全一樣。MME以及SGW （服務(wù)網(wǎng)關(guān)）網(wǎng)元之間的標(biāo)準(zhǔn)接口是S11，而S6a則為MME網(wǎng)元與HSS之間的標(biāo)準(zhǔn)接口。

圖2 femtocell網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

3 femtocell網(wǎng)絡(luò)干擾抑制技術(shù)

從參考文獻(xiàn)[8]可以了解到，3GPP對 femtocell網(wǎng)絡(luò)中的干擾場景定義通常有6種，如圖3中標(biāo)號所示。

（1）femtocell用戶上行干擾 macrocell:macrocell用 戶在上行信道傳輸數(shù)據(jù)到macrocell時(shí)受到來自femtocell用戶的干擾。

（2）femtocell下行干擾 macrocell:macrocell在下行信道傳輸數(shù)據(jù)到macrocell用戶時(shí)受到來自femtocell的干擾。

圖3 femtocell網(wǎng)絡(luò)中的干擾場景

（3）macrocell用戶上行干擾 femtocell:femtocell在上行信道接收來自其用戶的通信信號時(shí)受到macrocell的用戶干擾。

（4）macrocell下行干擾 femtocell用戶:femtocell用戶在下行信道接收來自femtocell的通信信號時(shí)受到macrocell的干擾。

（5）femtocell用戶上行干擾其他 femtocell:femtocell用戶在上行信道傳輸數(shù)據(jù)到femtocell時(shí)受到隸屬于不同femtocell的用戶的干擾。

（6）femtocell下行干擾其他 femtocell用戶:femtocell用戶在下行信道接收femtocell通信信號時(shí)受到來自其他femtocell的干擾。

圖3中無標(biāo)號的線條是正常通信信道，而（1）～（4）皆屬于跨層干擾，是femtocell網(wǎng)絡(luò)與macrocell網(wǎng)絡(luò)不同層次之間的干擾，（5）、（6）是同層干擾，指的是各 femtocell相互之間網(wǎng)絡(luò)覆蓋所產(chǎn)生的相同網(wǎng)絡(luò)層的干擾。

上述干擾問題通常是基于用戶與各基站之間的距離問題以及網(wǎng)絡(luò)覆蓋面所導(dǎo)致的遠(yuǎn)近效應(yīng)產(chǎn)生的。例如離macrocell較近的femtocell用戶會受到macrocell大功率的信號干擾，造成嚴(yán)重的跨層干擾。而離macrocell較遠(yuǎn)的macrocell用戶（如邊緣地區(qū)）容易受到附近的femtocell的信號功率過高，覆蓋macrocell的信號，而造成的跨層干擾。一定區(qū)域內(nèi)femtocell密度較大，如公寓等地，則femtocell之間由于功率和距離等問題也會產(chǎn)生相同嚴(yán)重程度的同層干擾問題[9]。

3.1 常用干擾管理技術(shù)

參考文獻(xiàn)[10]介紹常用的干擾管理方案如下。

（1）功率控制方案

采用基于路徑損耗的算法自行調(diào)整femtocell的功率，以減少對附近femtocell用戶的干擾；或基于macrocell與femtocell的距離控制功率減少對macrocell用戶的干擾。

（2）上層調(diào)度方案

設(shè)置中心控制器對多個(gè)femtocell集中調(diào)度，以減少femtocell之間的干擾，對macrocell進(jìn)行交互干擾和資源分配信息以降低干擾。

（3）頻率復(fù)用方案

主要用于解決在信道不夠用的情況下，多小區(qū)之間共用信道或采用鄰近信道所導(dǎo)致的邊緣區(qū)域用戶受到相鄰小區(qū)干擾的問題。傳統(tǒng)頻率復(fù)用的主要目的是劃分頻率領(lǐng)域，與周邊的femtocell采用不同的頻率以避免互相干擾，或采用正交頻率以減少macrocell與femtocell之間的干擾。在傳統(tǒng)頻率復(fù)用技術(shù)的基礎(chǔ)上誕生了SFR（soft frequency reuse，軟頻率復(fù)用）和 FFR（fractional frequency reuse，部分頻率復(fù)用）兩種特殊的頻率復(fù)用技術(shù)。在傳統(tǒng)頻率復(fù)用里，一個(gè)頻率在小區(qū)中定義為可用或不可用，以避免與鄰近小區(qū)產(chǎn)生干擾，而SFR則是通過調(diào)整發(fā)射功率來定義不同頻率在該小區(qū)中的使用程度，在解決干擾問題的同時(shí)節(jié)約了信道資源，提高了頻率利用率[11]。而FFR的核心思想則更為簡單，把頻率分為兩個(gè)部分，一部分做同頻復(fù)用，另一部分則采用復(fù)用因子復(fù)用，頻率復(fù)用因子表示一個(gè)頻率復(fù)用簇中頻點(diǎn)的數(shù)量，因子越大則表示復(fù)用的距離越大，部分頻率復(fù)用的復(fù)用因子一般選擇為3。從參考文獻(xiàn)[12]了解到，F(xiàn)FR分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種模式，靜態(tài)模式是假定網(wǎng)絡(luò)中的負(fù)載和通信流量情況來進(jìn)行頻率劃分復(fù)用，動(dòng)態(tài)模式則根據(jù)實(shí)際的運(yùn)行狀況通過調(diào)度算法實(shí)時(shí)的調(diào)整頻率來劃分。

在一般的通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，運(yùn)營商可以通過上述干擾管理方案消除同層或者跨層干擾提高信號質(zhì)量，但在不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中以及復(fù)雜的干擾情況下，這些傳統(tǒng)干擾抑制方法需要進(jìn)一步的發(fā)展和深入，有必要結(jié)合femtocell的網(wǎng)絡(luò)特性以及干擾環(huán)境對干擾抑制方案進(jìn)行分析，下面將基于MIMO、OFDM以及OFDMA系統(tǒng)中femtocell的網(wǎng)絡(luò)特性綜述干擾抑制方法。

3.2 基于MIMO的干擾抑制技術(shù)

MIMO（multiple-input multiple-output，多輸入多輸出）技術(shù)是指在發(fā)射端和接收端同時(shí)采用多根天線，每根天線對應(yīng)一個(gè)通道，每個(gè)信號采用不同的發(fā)射天線進(jìn)行傳輸，同時(shí)接收端也采用相關(guān)技術(shù)進(jìn)行信號收集和分離，使得在一定的信道頻段上通信容量將隨著天線數(shù)量的增加而成比例地增加。MIMO通過散射來標(biāo)識信道的特點(diǎn)使得其能顯著地克服多徑衰落，非常適合在市區(qū)高樓等地部署。根據(jù)MIMO在基站和用戶之間對應(yīng)關(guān)系的不同，可以分為SU-MIMO和MU-MIMO兩類。從參考文獻(xiàn)[13]了解到，基于MIMO的相關(guān)干擾技術(shù)有以下幾種，并且在femtocell網(wǎng)絡(luò)中有良好的實(shí)用價(jià)值。

3.2.1 SU-MIMO干擾抑制技術(shù)

SU-MIMO干擾抑制技術(shù)有以下3種。

（1）動(dòng)態(tài)波束成形技術(shù)

動(dòng)態(tài)波束成形技術(shù)是最重要的MIMO技術(shù)之一。普通的扇區(qū)天線形成的波束覆蓋整個(gè)扇區(qū)，因此必定會和相鄰小區(qū)的扇區(qū)波束重疊造成小區(qū)間干擾，而波束成形則可以指向用戶設(shè)備，發(fā)射窄波束，因此只有在相鄰小區(qū)的波束發(fā)生碰撞的時(shí)候才會有小區(qū)間干擾。動(dòng)態(tài)波束成形技術(shù)可以動(dòng)態(tài)地通過對信號發(fā)射權(quán)值的調(diào)整，使得所有信號同時(shí)到達(dá)接收端，形成一次強(qiáng)力脈沖信號的效果，可以提高頻譜利用率和空間利用率。在femtocell和macrocell的發(fā)射端，每根天線發(fā)射相同的信息，根據(jù)MRT（maximum ratio transmission，最大比輸出）調(diào)整權(quán)值。在接收端根據(jù)MRC（maximum ratio combination，最大比合并）設(shè)置天線權(quán)值，對每根天線接收到的信號進(jìn)行相關(guān)線性組合來得到最佳接收信號。參考文獻(xiàn)[14]給出了一種自適應(yīng)性的波束成形技術(shù)，主要針對femtocell對MUE （macrocell user equipment，宏基站的用戶設(shè)備）產(chǎn)生的干擾問題。HeNB與受到干擾的MUE之間有相關(guān)連接，HeNB可以通過MUE反饋的干擾信息調(diào)整自身數(shù)值，利用波束成形的強(qiáng)力脈沖與HeNB的用戶連接，避免信號的散射對MUE用戶產(chǎn)生干擾。

（2）正交空時(shí)編碼技術(shù)

正交空時(shí)編碼是比較成熟的MIMO分集技術(shù)之一。其特點(diǎn)是在空間域和時(shí)間域兩維上對信號進(jìn)行編碼，將編碼技術(shù)和陣列技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來實(shí)現(xiàn)空分多址，從而有效地提高了系統(tǒng)的抗衰落性能，同時(shí)利用分集技術(shù)來提高數(shù)據(jù)傳輸速率和質(zhì)量，在不犧牲帶寬的情況下獲得更高的編碼增益。正交空時(shí)編碼所帶來的網(wǎng)絡(luò)性能收益主要集中于符號重傳對多徑衰落的改善，但是由于干擾同樣也被重傳，從而增加了網(wǎng)絡(luò)中的同頻干擾問題，使得正交空時(shí)編碼技術(shù)在femtocell網(wǎng)絡(luò)中的干擾抑制效果不夠理想。

（3）天線選擇技術(shù)

天線選擇技術(shù)比上述技術(shù)都要簡單，它是指空間的路徑損耗和陣列結(jié)構(gòu)的多樣性等問題使得各個(gè)MIMO的天線收到的信號強(qiáng)度是不同的，從中選擇出信號強(qiáng)度最大同時(shí)路徑損耗最小的天線來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，往往能更有效率，同時(shí)降低了干擾，這種方法費(fèi)用低廉而且算法復(fù)雜度較低。參考文獻(xiàn)[15]中介紹了接收天線選擇技術(shù)的計(jì)算方式，通過對接收端多個(gè)天線的權(quán)值進(jìn)行調(diào)整，可以有效提高系統(tǒng)整體的信噪比。

3.2.2 MU-MIMO干擾抑制技術(shù)

在MU-MIMO系統(tǒng)中使用較多的干擾抑制方案是預(yù)編碼技術(shù)，主要包括以下3種。

（1）臟紙預(yù)編碼

臟紙預(yù)編碼是一種能在發(fā)射端預(yù)先消除多用戶干擾的非線性處理技術(shù)，主要思想如同于在一張充滿各個(gè)用戶信息的臟紙上再寫上信息，如何讓各個(gè)用戶能夠看清所需要的信息?；景l(fā)射信號前，已通過網(wǎng)絡(luò)信息的收集和分析，知道用戶間存在的干擾，在發(fā)射端輸出信號前將干擾的影響通過預(yù)編碼技術(shù)處理，使得接收端收到無干擾的信號，從而提高了信道容量。多用戶的預(yù)編碼十分復(fù)雜，實(shí)際操作過程中需要全網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)所有收發(fā)端的瞬時(shí)信道條件信息，設(shè)計(jì)過程難度較大。

（2）迫零預(yù)編碼

迫零預(yù)編碼是一種復(fù)雜度相比臟紙編碼較低的線性的預(yù)編碼。線性預(yù)編碼是指通過線性變換將信息數(shù)據(jù)流映射為更適合當(dāng)前信道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流，然后通過天線發(fā)送出去。通常迫零預(yù)編碼矩陣要求MIMO信道矩陣是行滿秩的，但實(shí)際信道中不一定滿足條件。在參考文獻(xiàn)[16]中，有一種新的迫零預(yù)編碼可以通過對信道矩陣進(jìn)行合適的分塊，把迫零預(yù)編碼矩陣的計(jì)算轉(zhuǎn)化為對兩個(gè)線性方程組求解，根據(jù)求解過程中的理論推導(dǎo)的方法，可以實(shí)現(xiàn)對不滿足可逆或行滿秩的信道矩陣實(shí)施迫零預(yù)編碼。

（3）塊對角化預(yù)編碼

塊對角化預(yù)編碼同樣是常用的線性預(yù)編碼方法之一。通過尋找一種可以和信道矩陣相乘而轉(zhuǎn)化為塊對角矩陣的預(yù)編碼矩陣，達(dá)到使多用戶信道等效成為獨(dú)立并行的單用戶MIMO信道的目的，使用戶間的信號空間正交從而有效地消除多用戶之間的干擾。從參考文獻(xiàn)[17]了解到，還有多種原理相似的預(yù)編碼方法，如基于干擾對齊的預(yù)編碼以及基于信噪比最大化的預(yù)編碼方法?；诟蓴_對齊的預(yù)編碼方法的主要思想是通過預(yù)編碼將多個(gè)發(fā)射機(jī)的干擾信號在目標(biāo)用戶接收機(jī)疊加時(shí)，處于同一個(gè)信號子空間，這樣接收機(jī)可以通過簡單的迫零處理將其干擾消除。與塊對角化以及干擾對齊方法不同，基于信噪比最大化的預(yù)編碼方法的目標(biāo)是通過預(yù)編碼矩陣的設(shè)計(jì)將信噪比最大化，從而在保證有效信號功率的同時(shí)，降低對其他用戶的干擾。

3.3 基于OFDM的干擾抑制

OFDM（orthogonal frequency division multiplexing，正 交頻分復(fù)用）技術(shù)常被用于多載波通信。從參考文獻(xiàn)[18]得知OFDM的中心思想是將信道分解成多個(gè)正交子信道，把高速的數(shù)據(jù)流分解成并行的多個(gè)低速數(shù)據(jù)流，調(diào)制到每個(gè)正交子信道上來傳輸。這樣可以通過運(yùn)用相關(guān)技術(shù)的接收端來分開正交信號，以達(dá)到減少信道間干擾的目的。該技術(shù)憑借著頻譜利用率高、適合高速數(shù)據(jù)傳輸以及減少碼間干擾等優(yōu)點(diǎn)在無線通信中得到了廣泛的運(yùn)用，成為當(dāng)今通信中干擾控制技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)之一。

傳統(tǒng)的干擾抑制方案都是建立在OFDM系統(tǒng)對femtocell和macrocell的頻率分配機(jī)制上做調(diào)整來進(jìn)行干擾抑制，共有3種分配方案:同頻頻率分配干擾抑制（co-channel frequency allocation，CFA）、異頻頻率分配干擾抑制（dedicated frequency allocation，DFA）以及部分頻率復(fù)用干擾抑制（partial frequency allocation，PFA）3種。CFA 是指分配給femtocell和macrocell共享頻帶，該方案頻帶利用率最高但是跨層干擾卻很嚴(yán)重。DFA是指分配給femtocell和macrocell兩段不同的專屬頻帶，該方案沒有跨層干擾但是頻率利用率卻很低。PFA則是根據(jù)上述兩種方案形成的折中的方案，其頻帶分配是指macrocell使用全部的頻帶而femtocell復(fù)用其中一段頻帶，該方案擁有比CFA較低的跨層干擾和比DFA較高的頻帶利用率。但是當(dāng)macrocell覆蓋范圍內(nèi)的femtocell較多時(shí)，會產(chǎn)生嚴(yán)重的同層干擾。

參考文獻(xiàn)[19]根據(jù)頻率分配方式的優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)出了混合頻率分配（hybrid frequency allocation，HFA）方案，即將頻帶劃分成macrocell專屬頻帶、macrocell-femtocell共享頻帶以及femtocell專屬頻帶3段。在該分配方案下提出了偽隨機(jī)子信道選擇干擾抑制，該方法可以有效解決femtocell與macrocell以及femtocell之間的干擾問題。

在HFA模式下，當(dāng)femtocell與macrocell距離較近時(shí)，都會有較大的跨層干擾問題，此時(shí)femtocell或macrocell只能采用其專屬頻帶來避免干擾。而在共享的頻帶上，當(dāng)macrocell用戶處于femtocell覆蓋范圍內(nèi)時(shí)，由于macrocell用戶不屬于femtocell用戶的封閉用戶組，所以不能切換到femtocell，從而有著嚴(yán)重的跨層干擾問題。傳統(tǒng)解決辦法一般是讓femtocell在設(shè)置的時(shí)候就固定放棄或選擇一些共享頻段上的子信道，但這樣會明顯降低信道利用率并且干擾抑制效果并不明顯。針對此問題femtocell可以采用偽隨機(jī)序列在不同的子幀隨機(jī)選擇子信道來傳輸數(shù)據(jù)。如圖4所示，總共有多條子信道，femtocell在所有幀上固定占用一條信道5，而macrocell用戶設(shè)備一旦采用到該信道，就一定會受到跨層干擾 （如2、4、7、10幀上），但如果femtocell根據(jù)一定算法隨機(jī)分配每一幀所占用的信道則會把此類跨層干擾問題分散到每一條信道上，削弱了跨層干擾對整體信道的影響又沒有損失信道利用率。

圖4 femtocell的信道選擇

當(dāng)一定區(qū)域內(nèi)femtocell大量布置時(shí)，相鄰基站間的距離不斷縮小則會產(chǎn)生同層干擾問題，降低系統(tǒng)性能。femtocell可以通過驗(yàn)證周圍其他femtocell的參考信號接收功率來確立距離較近的femtocell，并把其ID存入鄰區(qū)列表中，在使用偽隨機(jī)子信道選擇方案計(jì)算選取的子信道時(shí)，排除掉鄰區(qū)列表中femtocell已選擇的子信道方案來避免同層干擾問題，而不在鄰區(qū)列表內(nèi)的femtocell則可以復(fù)用相同的子信道序列。使用偽隨機(jī)子信道選擇方案在避免同層干擾的同時(shí)又降低了跨層間干擾，有效地提高了femtocell系統(tǒng)整體的效率。

3.4 基于OFDMA的干擾抑制

OFDMA （orthogonal frequency division multiple access，正交頻分多址）是OFDM的技術(shù)演進(jìn)，是指在OFDM對信道進(jìn)行子載波化后，再在部分子載波上加載傳輸數(shù)據(jù)的傳輸技術(shù)。OFDM系統(tǒng)是為克服多徑效應(yīng)而產(chǎn)生的，但是OFDM僅可在上行方向上進(jìn)行子信道化，而OFDMA可在上下行都支持子信道化，能夠在解決干擾問題的同時(shí)使得LTE上下行最大一致性，簡化終端設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)[20]介紹了一種基于OFDMA系統(tǒng)的無線電感知的技術(shù)，可以用于處理femtocell的同層干擾問題。在基于OFDMA系統(tǒng)的femtocell的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，路徑損耗信息可以在多個(gè)相鄰HeNB中共享。每一個(gè)HeNB通過LTE CC（component carrier，組件媒介），基于載波聚合技術(shù)的子信道連接網(wǎng)絡(luò)，相鄰的HeNB之間通過HeNB網(wǎng)關(guān)或者無線技術(shù)，分享該連接方式的路徑損耗信息。在該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，每當(dāng)一個(gè)HeNB被啟用時(shí)，它將會識別周圍的鄰居并且從相鄰的HeNB獲得網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)CC的使用信息。每一個(gè)HeNB根據(jù)獲得的路徑損耗信息聰明地選擇CC，從而降低干擾。每一個(gè)HeNB總是優(yōu)先選擇沒有被鄰居使用或者被更遠(yuǎn)的鄰居使用的CC，這樣每一個(gè)HeNB選擇的CC使用者中總是有著最少數(shù)量的相鄰HeNB，避免了同層干擾問題。如圖5所示，HeNB1選擇CC1和CC2，而HeNB2則通過與HeNB1的交流，為了降低同層干擾而選擇了與之不同的CC3與CC4，同理HeNB3與HeNB1相鄰又與HeNB2較遠(yuǎn)所以選擇了CC3與CC4。

圖5 CC選擇示意

4 干擾抑制技術(shù)的比較和分析

表1描述了各種femtocell干擾抑制技術(shù)的不同特點(diǎn)。從表1可以看出，基于SU-MIMO的干擾抑制技術(shù)主要用于處理城市中處處存在的信道多徑衰落的干擾現(xiàn)象，動(dòng)態(tài)波束成形技術(shù)由于需要對每根天線設(shè)置MRT，實(shí)際操作復(fù)雜運(yùn)算量較大，實(shí)用率較低；而正交時(shí)空編碼技術(shù)是基于網(wǎng)絡(luò)信號重傳，同時(shí)也重傳了干擾，干擾抑制效果收益不大。相比于上述兩者，天線選擇技術(shù)只需要基于一定算法來選擇最優(yōu)天線的使用，實(shí)際操作起來則相對簡單、成本低廉、效率高、實(shí)用性很高?；贛U-MIMO的干擾抑制技術(shù)主要用于處理多用戶之間的同層干擾問題，臟紙編碼需要計(jì)算全網(wǎng)絡(luò)大量的瞬時(shí)信息，復(fù)雜度很高且難度很大，所以并不實(shí)用。而迫零預(yù)編碼以及塊對角化預(yù)編碼的計(jì)算量較低，算法相對簡單，實(shí)用率較高。在基于OFDM的技術(shù)中，干擾抑制的方法主要基于不同的頻率分配方式，HFA算法結(jié)合了傳統(tǒng)的頻率分配方式可用于上下鏈路的用戶與用戶以及用戶與基站之間的干擾問題，算法實(shí)用性較高。在基于OFDMA系統(tǒng)的技術(shù)中，無線電感知技術(shù)的干擾處理是針對CC信道的選擇，新的femtocell的啟用需要得到相鄰節(jié)點(diǎn)的信息支持，數(shù)據(jù)量較大但自適應(yīng)性較強(qiáng)，可以有效地降低同層干擾。

表1 femtocell干擾抑制技術(shù)比較

5 結(jié)束語

femtocell是一種有著廣闊前景的新興室內(nèi)覆蓋技術(shù)，在未來的室內(nèi)通信產(chǎn)業(yè)中有著重要的地位，但由于femtocell本身的部署特性是由用戶自主購買和安裝，所以femtocell位置和數(shù)量不確定，這就造成了femtocell各自網(wǎng)絡(luò)覆蓋面交叉產(chǎn)生同層干擾，與macrocell網(wǎng)絡(luò)之間產(chǎn)生跨層干擾，嚴(yán)重影響著整體通信系統(tǒng)的性能。為此本文介紹了基于 MIMO、OFDM、OFDMA模式下 femtocell的干擾抑制技術(shù)，并且對每種干擾抑制技術(shù)進(jìn)行了比較和分析，希望通過總結(jié)，可以有效地解決femtocell網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的干擾問題，從而推動(dòng)femtocell的發(fā)展。

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