LTE宏微協(xié)同組網(wǎng)中的干擾抑制技術(shù)研究

（中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院，北京 100048）

1 引言

在LTE時代，移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量增長迅速，網(wǎng)絡(luò)容量需求巨大，而且用戶與業(yè)務(wù)的分布不均勻，采用單純宏基站組網(wǎng)的方式已難以滿足大容量與深度覆蓋的網(wǎng)絡(luò)部署需求，宏微協(xié)同組網(wǎng)的方式應(yīng)運而生。宏站用于提供底層基礎(chǔ)覆蓋，在局部話務(wù)熱點或覆蓋盲點區(qū)域定點投放微站，作為宏站覆蓋與容量的補充。與宏站相比，微站發(fā)射功率低、覆蓋范圍小，而且體積小、部署靈活簡便，采用宏微協(xié)同的組網(wǎng)方式可實現(xiàn)精細(xì)、高效率的網(wǎng)絡(luò)部署，同時降低運營商的組網(wǎng)成本。

宏微協(xié)同組網(wǎng)分為宏微同頻、宏微異頻兩種方式。在異頻組網(wǎng)方式下，微站配置的頻點與宏站不同，宏微間基本無干擾，然而這種組網(wǎng)方式對頻譜資源的需求較大，同時也會造成頻譜資源利用率的降低。在運營商頻譜資源有限的情況下，宏微同頻將成為一種主要的組網(wǎng)方式。同頻組網(wǎng)可以使頻譜資源的利用率最大化，但同時也會帶來嚴(yán)重的干擾，影響網(wǎng)絡(luò)性能。特別是在熱點區(qū)域，微站可能位于宏站信號較強的位置，干擾更為嚴(yán)重，微站的業(yè)務(wù)分流效果將會受限。因此，如何抑制干擾成為宏微協(xié)同組網(wǎng)中亟待解決的問題。

為了解決宏微同頻組網(wǎng)時的干擾問題，首先可通過網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃手段，找準(zhǔn)熱點，選擇最優(yōu)的微站布放位置，在吸收更多話務(wù)的同時利用空間隔離避免干擾。在此基礎(chǔ)上，還需要進(jìn)一步采用eICIC、FeICIC、CoMP、小區(qū)合并等宏微協(xié)同干擾抑制技術(shù)，有效降低干擾，提升頻譜效率及網(wǎng)絡(luò)邊緣的業(yè)務(wù)性能。

2 宏微協(xié)同干擾抑制技術(shù)分析

2.1 eICIC/FeICIC

在宏站的覆蓋范圍內(nèi)引入微站后，由于微站的發(fā)射功率較低，導(dǎo)致微站覆蓋邊緣的大部分用戶仍選擇接入宏站，不利于微站分流宏站的負(fù)荷。為了使用戶盡可能地接入微站，3GPP提出了小區(qū)范圍擴(kuò)展（CRE）方案，具體如圖1所示。在小區(qū)選擇過程中，為微小區(qū)設(shè)置CRE偏置，使微站的覆蓋范圍擴(kuò)大，在微站信號強度低于宏站時用戶也可以接入微站，達(dá)到分擔(dān)宏小區(qū)負(fù)荷的目的。CRE偏置越大，可以接入微站的用戶越多，微站的覆蓋范圍相對越大，但同時其邊緣用戶也越接近宏站，所受到的來自宏站的干擾就越強，對于干擾抑制技術(shù)的需求也更為迫切。

圖1 eICIC應(yīng)用場景

eICIC技術(shù)的引入可以很好地應(yīng)對這種干擾，提升CRE區(qū)域的業(yè)務(wù)性能。eICIC采用幾乎空白子幀（ABS）方案，通過在時域上協(xié)調(diào)宏微小區(qū)間的數(shù)據(jù)傳輸從而規(guī)避干擾。宏站配置一定比例的ABS子幀，其中只承載CRS、PSS/SSS等公共信號，不承載業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)；而微站在受保護(hù)的ABS子幀上調(diào)度其邊緣用戶，可避免受到宏站的干擾。

需要注意的是，eICIC開啟后，宏站和微站之間存在資源競爭關(guān)系。一方面，微站可以利用受保護(hù)的子幀進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，提升其邊緣用戶的吞吐量；但另一方面，由于宏站在ABS子幀上不能調(diào)度任何用戶數(shù)據(jù)，會造成宏站的容量損失。ABS子幀的配置比例決定了宏微小區(qū)的吞吐量變化比例，ABS子幀的配比越高，微站的邊緣用戶吞吐量增益越明顯，但宏站的吞吐量損失也越嚴(yán)重。

按照ABS子幀配置方式的不同，eICIC分為靜態(tài)與動態(tài)兩種實現(xiàn)方式。在靜態(tài)方式下，宏站通過網(wǎng)管后臺配置部分下行子幀為ABS子幀，并將配置信息傳遞給微站，在宏微小區(qū)負(fù)載發(fā)生變化時該配置也固定不變。在動態(tài)方式下，宏站能根據(jù)相鄰微站反饋的ABS使用狀態(tài)信息、宏微小區(qū)的負(fù)載分布情況動態(tài)更新ABS子幀圖樣。當(dāng)微站負(fù)荷減少、PRB利用率下降時，宏站可及時調(diào)低ABS子幀的比例，這在一定程度上減少了宏站的容量損失。因此，在實際應(yīng)用中一般都優(yōu)先采用動態(tài)eICIC方式以獲得更大的性能增益。

eICIC雖然可以改善宏微邊緣區(qū)域的用戶體驗，但仍然存在一定的局限性。如前所述，eICIC會導(dǎo)致宏站容量損失，而且為了保持后向兼容性，ABS子幀保留了CRS等公共信號，導(dǎo)致邊緣用戶依然會受到殘留的公共信號干擾。為了進(jìn)一步提升干擾抑制性能，3GPP在R11版本對eICIC作了進(jìn)一步增強，引入了FeICIC技術(shù)，主要包含如下幾種技術(shù)方案：

（1）CRS干擾消除。微站通過RRC信令將宏站的CRS信息通知給被干擾UE，UE測量并估計最強的CRS干擾信號，然后從接收信號中消除干擾得到有用信號。該方案需要R11終端配合才能達(dá)到較好的性能。

（2）SIB1干擾消除。在已有的SIB1基礎(chǔ)上進(jìn)一步通過RRC連接重配置消息發(fā)送承載相同信息的SIB1，提高SIB1的接收性能。

（3）RP-ABS。eICIC要求宏站在ABS子幀的PDSCH信道上完全靜默，這顯然會造成宏站的資源浪費，而FeICIC則允許宏站在ABS子幀上降功率發(fā)射用戶數(shù)據(jù)，這樣既可以降低對微站的干擾，同時還能減少宏站的容量損失。

2.2 CoMP

多點協(xié)作（CoMP）技術(shù)是宏微間干擾的解決手段之一，通過宏微多點協(xié)助發(fā)送和接收，提高高速數(shù)據(jù)傳輸時的小區(qū)邊緣吞吐量及系統(tǒng)吞吐量。CoMP技術(shù)方案包含聯(lián)合發(fā)送（JT）、動態(tài)點選擇（DPS）、協(xié)作調(diào)度/波束賦形（CS/CB）、聯(lián)合接收（JR）等，其中JR與CS是目前LTE基站設(shè)備所采用的主流技術(shù)方案。

JR是上行CoMP的一種實現(xiàn)方式，具體如圖2所示。服務(wù)小區(qū)與協(xié)作小區(qū)同時接收處理同一個微站邊緣UE的上行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，同時協(xié)作小區(qū)將接收到的數(shù)據(jù)傳遞給服務(wù)小區(qū)進(jìn)行合并及解調(diào)處理，這樣可獲得功率增益與分集增益，提高邊緣用戶的SINR及上行速率。CS方案如圖3所示，服務(wù)小區(qū)與協(xié)作小區(qū)交互調(diào)度信息，通過協(xié)同調(diào)度避免協(xié)作小區(qū)與服務(wù)小區(qū)在相同的RB資源上調(diào)度用戶，從而規(guī)避干擾，提升小區(qū)邊緣速率。與JR不同，采用CS協(xié)作時用戶數(shù)據(jù)流僅存在于服務(wù)小區(qū)并由服務(wù)小區(qū)進(jìn)行傳輸。

圖2 JR原理示意圖

圖3 CS原理示意圖

按照部署場景的不同，宏微多點協(xié)作分為站內(nèi)CoMP（同一BBU內(nèi)）與站間CoMP（不同BBU間）。前者只需要在基站內(nèi)部交互CoMP處理相關(guān)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和控制信息，易于實現(xiàn)；后者需要在不同的基站間交互相關(guān)信息，對X2接口的帶寬及時延要求較高，網(wǎng)絡(luò)部署難度比較大。

2.3 小區(qū)合并

如圖4所示，小區(qū)合并是將多個宏RRU與微RRU覆蓋下的物理小區(qū)合并為一個邏輯小區(qū)，將原先的物理小區(qū)邊緣高干擾區(qū)域轉(zhuǎn)變?yōu)檫壿嬓^(qū)中心區(qū)域，消除多小區(qū)間的干擾。參與合并的所有RRU需要共BBU，在上行方向，BBU對各RRU接收到的用戶信號進(jìn)行聯(lián)合檢測與合并，獲得接收增益；在下行方向，各物理小區(qū)在相同的時頻資源上發(fā)送相同的無線信號。

圖4 小區(qū)合并示意圖

小區(qū)合并雖然可以消除干擾，但同時也會犧牲系統(tǒng)容量。在小區(qū)合并前，系統(tǒng)可接納的最大容量為多小區(qū)峰值吞吐量之和；合并后，系統(tǒng)的最大容量為單個小區(qū)的峰值吞吐量，系統(tǒng)總?cè)萘拷档?，所有用戶共享合并小區(qū)的容量。圖5是宏微小區(qū)合并前后的峰值吞吐量測試結(jié)果：合并前，系統(tǒng)配置1個宏小區(qū)、1個微小區(qū)，UE1、UE2分別位于宏、微小區(qū)的近點；將兩個小區(qū)合并后，系統(tǒng)總吞吐量下降為合并前的一半，UE1與UE2共享合并小區(qū)的容量；隨后斷開UE1，UE2吞吐量上升，獨享合并小區(qū)的容量，合并小區(qū)的總吞吐量保持不變。

在宏微協(xié)同組網(wǎng)中，若覆蓋區(qū)內(nèi)負(fù)載不高，宏微邊緣干擾嚴(yán)重，則可開啟宏微小區(qū)合并功能，提升邊緣用戶的吞吐量。若覆蓋區(qū)負(fù)載較高，小區(qū)合并后可能會導(dǎo)致系統(tǒng)容量不足，不建議使用，可采用其他干擾抑制技術(shù)。

圖5 宏微小區(qū)合并前后的吞吐量對比（單位：Mbps）

3 技術(shù)應(yīng)用建議

在宏微協(xié)同部署時，微站設(shè)備可采用一體化微站與微RRU兩類不同形態(tài)的產(chǎn)品。如圖6所示，一體化微站集成了基帶及射頻部分的功能，S1接口支持無線、有線等多種回傳方式，部署靈活便捷，與宏站間通過X2接口進(jìn)行信息交互。微RRU與宏RRU類似，只包含射頻部分的功能，可通過CPRI接口連接到宏站的BBU，實現(xiàn)宏微共基帶。

圖6 微站的設(shè)備形態(tài)

eICIC、FeICIC、CoMP、小區(qū)合并技術(shù)均需要在宏微小區(qū)間協(xié)同交互的基礎(chǔ)上實現(xiàn)干擾抑制，但不同的技術(shù)對宏微間X2接口的要求不同。CoMP、小區(qū)合并技術(shù)由于需要實時交互大量調(diào)度信息、用戶數(shù)據(jù)，對X2接口的傳輸帶寬、時延要求較高，理想傳輸條件下的干擾抑制效果更好。因此，在共基帶的宏微小區(qū)間更容易部署。eICIC、FeICIC技術(shù)在X2接口上只交互ABS子幀配置及狀態(tài)信息，交互數(shù)據(jù)量較少，對于傳輸?shù)囊笙鄬捤桑捎糜诮鉀Q異站址的宏微小區(qū)間的干擾問題。

由此可見，宏微協(xié)同組網(wǎng)應(yīng)優(yōu)先采用微RRU與宏站共基帶的方式，以便于使用CoMP、小區(qū)合并技術(shù)，在站內(nèi)實現(xiàn)干擾控制。但是，微RRU只能通過光纖連接到宏站BBU，當(dāng)微站站址不具備光纖前傳條件時，可選用一體化微站設(shè)備。

從性能及部署條件方面看，上述各類干擾抑制技術(shù)也各有利弊。eICIC在提升微站邊緣用戶速率的同時也會導(dǎo)致宏站的容量受損。FeICIC通過CRS干擾消除等方案解決殘留干擾問題，通過RP-ABS方案降低宏站的容量損失，從而在eICIC的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升系統(tǒng)吞吐量，但是需要R11終端的配合才能達(dá)到理想的性能增益。小區(qū)合并通過犧牲系統(tǒng)容量的方式換取干擾抑制增益，適用于低負(fù)載、容量需求不高的場景，同時小區(qū)合并要求在宏微共基帶的基礎(chǔ)上才能實現(xiàn)，應(yīng)用時存在一定的局限性。CoMP技術(shù)對于宏微邊緣及系統(tǒng)整體的吞吐量均有較高的增益，但是對X2接口的傳輸條件要求較高，站內(nèi)協(xié)作易于實現(xiàn)，站間協(xié)作難度大。因此，在宏微共基帶或具備理想傳輸?shù)臈l件下，應(yīng)優(yōu)先采用CoMP技術(shù)。

另外，從技術(shù)發(fā)展的角度看，站內(nèi)CoMP、小區(qū)合并、eICIC技術(shù)已經(jīng)成熟，且基站設(shè)備的支持情況良好，在宏微協(xié)同組網(wǎng)時可先行部署。相對地，站間CoMP技術(shù)成熟度低、網(wǎng)絡(luò)部署難度較大，F(xiàn)eICIC技術(shù)的應(yīng)用需考慮R11商用終端的滲透情況。因此，后續(xù)需結(jié)合技術(shù)、設(shè)備、終端的發(fā)展情況再適時引入這兩類技術(shù)。

為了說明各類干擾抑制技術(shù)的應(yīng)用方案，圖7給出了幾種典型的宏微協(xié)同組網(wǎng)場景。在不同場景下，可基于微站的設(shè)備形態(tài)及傳輸條件因地制宜地選用各類宏微協(xié)同技術(shù)。

場景a：采用微RRU為宏站分流且微RRU與宏站共基帶時，可應(yīng)用宏微站內(nèi)CoMP技術(shù)，通過下行協(xié)同調(diào)度、上行聯(lián)合接收等技術(shù)降低協(xié)作小區(qū)間的干擾，提升宏微小區(qū)邊緣及系統(tǒng)整體性能。

圖7 宏微協(xié)同組網(wǎng)的典型場景

場景b：在采用一體化微站為宏站分流的情況下，宏微協(xié)同干擾抑制技術(shù)的應(yīng)用受限于宏微間X2接口的傳輸條件。若具備理想傳輸?shù)臈l件，則可使用站間CoMP技術(shù)；若宏微間為非理想傳輸，則只能采用eICIC或FeICIC技術(shù)。微站配置CRE偏置以增加吸納的流量，同時宏站配置ABS子幀，提供無干擾的傳輸時隙資源，提升微站的分流效果。

場景c：在室內(nèi)外協(xié)同組網(wǎng)的場景下，宏站提供室外覆蓋、微RRU提供室內(nèi)覆蓋且與宏站共基帶時，在窗邊、門廳等室內(nèi)外信號相互干擾比較嚴(yán)重的區(qū)域可使用CoMP技術(shù)；若該區(qū)域業(yè)務(wù)量不高，則還可采用小區(qū)合并技術(shù)。

4 結(jié)束語

移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的爆發(fā)式增長對LTE網(wǎng)絡(luò)的覆蓋、容量與質(zhì)量都提出了更高的要求，宏微協(xié)同組網(wǎng)必然成為LTE網(wǎng)絡(luò)部署的發(fā)展趨勢。在同頻組網(wǎng)方式下，宏微間的干擾問題成為制約網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵因素。eICIC、FeICIC、CoMP、小區(qū)合并等宏微協(xié)同技術(shù)可以有效地解決此類干擾問題，提升LTE宏微協(xié)同組網(wǎng)性能。

干擾抑制技術(shù)的應(yīng)用需要分階段、逐步地推進(jìn)，需要與LTE網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展相同步。在LTE網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的初期，容量壓力未凸顯，微站的部署數(shù)量有限，沿用頻率選擇性調(diào)度、干擾抑制合并等基本的小區(qū)內(nèi)干擾抑制技術(shù)即可，無需使用宏微協(xié)同干擾抑制技術(shù)。在LTE網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的成熟階段，網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷增加，宏站加密，同頻微站大量部署，導(dǎo)致宏微間干擾變得嚴(yán)重，此時引入宏微協(xié)同干擾抑制技術(shù)可獲得顯著的性能增益，同時可以提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率。

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