長期演進小區(qū)間干擾控制技術研究

中郵建技術有限公司 徐鵬

長期演進小區(qū)間干擾控制技術研究

中郵建技術有限公司 徐鵬

摘要：對TD-LTE（分時長期演進）存在的干擾情況作了細致分析。3GPP（第三代合作伙伴計劃）對解決小區(qū)間的干擾提出了幾種干擾控制技術，主要有小區(qū)間干擾隨機化、小區(qū)間干擾消除和小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術。小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術主要有部分頻率復用（FFR）技術和軟頻率復用（SFR）技術。簡要介紹了現(xiàn)今比較常用的動態(tài)TDD（時分雙工）的干擾控制，主要有小區(qū)成簇干擾減輕法，協(xié)作調(diào)度干擾減輕法，基于elCIC/FelCIC（增強的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)）的干擾減輕法和干擾抑制消減法。

關鍵詞：長期演進；干擾控制；干擾消除

LTE（長期演進）小區(qū)內(nèi)干擾幾乎可以忽略不計，而干擾的主要來源是小區(qū)間的干擾。為了解決這個問題，3GPP（第三代合作伙伴計劃）提出了幾種干擾控制技術，主要有小區(qū)間干擾隨機化、小區(qū)間干擾消除和小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術。

1　小區(qū)間干擾隨機化

小區(qū)間干擾隨機化就是把干擾信號隨機化成“噪聲”進而干擾控制的一類技術。常用的方法有增加干擾碼和小區(qū)跳頻法[1]。增加干擾碼較復雜，且效果一般，所以很少用到增加干擾碼的方法。小區(qū)跳頻法是利用調(diào)度器的系統(tǒng)調(diào)度，使用戶調(diào)度的資源在各子頻帶上以一定的隨機碼跳變，進而達到隨機化干擾信號的目的。3GPP已認同小區(qū)跳頻法，但其應用到實際網(wǎng)絡中實際效果如何還處于研究中[2]?？傊?，干擾隨機法就是給相鄰小區(qū)的信號增加不同的干擾碼序列，或者是用不同的跳頻模式隨機化干擾信號。顯然，干擾隨機化并不能真正地降低干擾信號的能量，只是將干擾信號隨機化為“白噪聲”，從而在接收端可以利用信號處理的方法抑制小區(qū)間的干擾。這種方法雖簡單，但不能真正地消除小區(qū)間的干擾，而且當多小區(qū)之間干擾時，誤差比較大。

2　小區(qū)間干擾消除

干擾消除技術是指把來自相鄰小區(qū)的干擾信號進行解調(diào)或是解碼，然后用接收端的信號處理功能把干擾信號消除。干擾消除技術主要有兩種：基于多天線接收終端的空間干擾消除技術和加擾技術[3]?；诙嗵炀€接收終端的空間干擾消除是用信號發(fā)射端和接收端之間的信道差異來區(qū)分有用信號和干擾信號。加擾技術是用來區(qū)分有用信號和干擾信號，做法是在信道編碼后，對信號進行加擾。而接收端對信號進行解調(diào)并減去干擾信號，進而消除干擾。

干擾消除技術，也只能消除一些較強的干擾。在多小區(qū)系統(tǒng)中，小區(qū)間的干擾由很多小的干擾疊加而成。另外，干擾消除技術嚴格要求同步，并且有復雜度非常高的計算?？傊?，干擾消除技術對LTE系統(tǒng)要求非常高，在實際應用中受條件限制很大，已經(jīng)不再在3GPP會議上進行討論[4]。

3　小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術

小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術是在全網(wǎng)范圍內(nèi)對可用頻譜資源進行規(guī)劃。使用頻率復用技術，盡可能地使相鄰干擾小區(qū)間相同頻點的使用距離更遠，利用路徑產(chǎn)生的損耗來減弱干擾信號的強度，進而提高信號的信干噪比，提高調(diào)制編碼等級，達到提高吞吐量的效果。這種技術實現(xiàn)起來靈活簡單，效果理想，所以成了小區(qū)間干擾控制的主流技術。典型的干擾協(xié)調(diào)技術有以下兩種[5]。

3.1部分頻率復用（FFR）技術

LTE受到干擾最嚴重的是小區(qū)邊緣用戶。使用部分頻率復用的出發(fā)點正是由此，其思想就是區(qū)別對待小區(qū)的邊緣用戶和中心用戶。中心用戶距離基站近，信道條件較好，所以把中心用戶分配在頻率復用因子1上，而邊緣用戶是相互干擾的主要對象，分配在頻率復用因子3上。圖1為部分頻率復用原理圖[6]。將小區(qū)分為中心區(qū)域和邊緣區(qū)域，實際可根據(jù)參考信號接收功率、用戶比等進行劃分。相對應地，把頻譜資源分為中心可用頻段和邊緣可用頻段。其中邊緣可用頻段又分為3段完全正交的頻段，分配給3個相鄰的小區(qū)。以保證3個相鄰小區(qū)邊緣使用的頻段正交，避免相互干擾。在小區(qū)中心，小區(qū)之間的干擾程度較低，小區(qū)中心區(qū)域復用中心頻段f1，但須以低功率發(fā)射。

3.2軟頻率復用（SFR）技術

部分頻率復用能大幅減小相鄰小區(qū)間的干擾，但是也限制了小區(qū)中心的可用頻段，造成頻譜利用率不高。而軟頻率復用技術不但繼承了部分頻率復用的優(yōu)點，還對部分頻率復用技術的缺點進行了改進。如圖2所示，同樣地把小區(qū)分為中心區(qū)域和邊緣區(qū)域[7]，把可用頻段分為3段，相鄰3個小區(qū)分別復用一段，即小區(qū)邊緣能夠用的頻譜資源為全頻段的1/3。而小區(qū)中心用戶，允許可用全部頻譜資源f，但必須以較低功率發(fā)射。這樣，保證邊緣用戶使用正交的頻率資源，進而提高邊緣用戶的信噪比，改善小區(qū)邊緣用戶的通信質(zhì)量。

對于軟頻率復用技術，小區(qū)邊緣用戶使用的資源為全頻段的1/3?？捎觅Y源也不能適用小區(qū)邊緣負載的變化。如果小區(qū)邊緣用戶數(shù)較多就極大的限制了小區(qū)邊緣用戶的吞吐量等性能。因此，通常把軟頻率復用技術作為其他方案的基礎。

4　動態(tài)TDD（時分雙工）的干擾控制

針對TD-LTE特有的交叉時隙干擾問題，3GPP提出了4種可能的干擾控制技術建議[8]。

4.1小區(qū)成簇干擾減輕法

小區(qū)成簇干擾減輕（CCIM）方法，根據(jù)相鄰小區(qū)之間耦合度、干擾水平等參數(shù)形成簇群。如圖3，一個簇包含一個或多個小區(qū)。同一個簇的所有小區(qū)協(xié)同工作，即所有小區(qū)的子幀配置類型都相同。所以可以消除簇內(nèi)基站對基站的干擾以及用戶對用戶的干擾。文獻[9]介紹了小區(qū)成簇減輕干擾的方法。結(jié)果表明時隙配比變化越快，系統(tǒng)的吞吐量越高。但是，如果簇較大、對簇內(nèi)小區(qū)采用相同的時隙配置，將會使小區(qū)吞吐量下降。并且簇邊緣還是會發(fā)生交叉時隙干擾。

4.2協(xié)作調(diào)度干擾減輕法

協(xié)作調(diào)度干擾減輕（SDIM）法指各小區(qū)根據(jù)上下行負載、干擾水平等，使用資源分配、鏈路自適應、傳輸功率、子幀的傳輸方向調(diào)整等調(diào)度策略來減輕小區(qū)間的干擾。調(diào)度策略可根據(jù)自身檢測的干擾水平以及通過X2接口交換的信息進行動態(tài)調(diào)整。

4.3基于elCIC/FelCIC的干擾減輕法

雖然elCIC/FelCIC（增強的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)）方法不是為交叉時隙干擾協(xié)調(diào)而設計的。但我們可以借鑒一下elCIC/FelCIC的干擾協(xié)調(diào)技術。比如，根據(jù)嚴格的鏈路測量、雙向信道狀態(tài)信息（CSI）干擾報告，在干擾的上下行中使用幾乎空白幀（ABS）來保護受干擾的用戶。

幾乎空白子幀技術定義：宏基站設置了一些子幀作為幾乎空白子幀，通過在這些幾乎空白子幀上調(diào)度它們，以此來減小宏基站對低功率的微微小區(qū)的干擾。但是，為了向后兼容R8/R9用戶，小區(qū)特定參考信號（CRS）、主同步信號（PSS）、輔同步信號（SSS）、尋呼信道、物理廣播信道（PBCH）需要在幾乎空白子幀上傳輸，但是功率比正常子幀小，這樣可以減少相鄰小區(qū)在相同載波上的數(shù)據(jù)和控制信道的干擾。常規(guī)的幾乎空白子幀的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

ABS原理和實現(xiàn)機制已經(jīng)在標準研究者間達成共識，但是ABS子幀位置及數(shù)量的配置則需要根據(jù)網(wǎng)絡的干擾狀況來決定。

4.4干擾抑制消減法

干擾抑制消減（ISIM）方法包括最小均方—干擾抑制合并技術等。

5　總結(jié)

在以上4種方法中，協(xié)作調(diào)度干擾減輕方法是交叉時隙干擾研究中比較主流的技術方法。也有在TD-SCDMA（時分同步碼分多址）場景中提出在不同時隙配比的相鄰小區(qū)之間設置一個交叉時隙干擾區(qū)域的方案[10]。在交叉時隙干擾區(qū)域中，用戶不允許使用交叉時隙資源。該方案雖然可以有效降低相鄰小區(qū)之間的交叉時隙干擾，但是在交叉時隙干擾區(qū)域中，小區(qū)用戶在交叉時隙無法傳輸數(shù)據(jù)，所以如果交叉時隙干擾區(qū)域較大的話就會造成較大的容量損失。也有根據(jù)相鄰小區(qū)的負載狀況對交叉時隙資源進行初始化分割配置方案[11]。比如相鄰小區(qū)負載接近時，每個小區(qū)各使用一半交叉時隙資源。也可根據(jù)其他原則對交叉時隙資源進行初始化，分割成任意比例。另外，如果當相鄰小區(qū)距離較遠時，也可以復用交叉時隙資源。這種方法不但充分利用了交叉時隙資源，還減輕了相鄰小區(qū)間交叉時隙嚴重干擾的問題。但是這種方法只考慮了相鄰的兩個小區(qū)之間的情況，如果是全網(wǎng)多小區(qū)的話，則該方法很難適用。

參考文獻：

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