TD-LTE小區(qū)干擾協(xié)調(diào)技術(shù)原理與發(fā)展研究

李木榮/Li Murong

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司 北京100080）

1 引言

TD-LTE 作為由中國(guó)主導(dǎo)的第四代移動(dòng)通信的主流標(biāo)準(zhǔn)之一，是TD-SCDMA 系統(tǒng)的后續(xù)演進(jìn)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，比TD-SCDMA 擁有更高的用戶速率、更低的傳輸時(shí)延和更豐富的業(yè)務(wù)種類，可得到更好的用戶體驗(yàn)。

隨著無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)通信系統(tǒng)變得日益復(fù)雜，頻率資源也日益稀缺，為了充分利用好現(xiàn)有的頻率資源，需要進(jìn)一步提升頻譜利用率。因此采用同頻組網(wǎng)方式搭建TD-LTE 系統(tǒng)至關(guān)重要。TD-LTE 系統(tǒng)采用OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復(fù)用）技術(shù)作為基礎(chǔ)的多址接入方式，OFDM技術(shù)的基本思想是把高速數(shù)據(jù)流分散到多個(gè)相互正交的子載波上進(jìn)行傳輸，從而使各個(gè)子載波上的符號(hào)速率大大降低，相應(yīng)的符號(hào)持續(xù)時(shí)間大大加長(zhǎng)，并且采用循環(huán)前綴的方式抵抗無(wú)線信號(hào)多徑傳輸?shù)臅r(shí)延擴(kuò)展[1]。OFDM 技術(shù)的正交性使得系統(tǒng)小區(qū)內(nèi)的干擾得以基本消除，但是并不能消除同頻組網(wǎng)帶來(lái)的小區(qū)間干擾，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的性能，降低了小區(qū)邊緣用戶的吞吐量。ICIC（Inter-Cell Interference Coordination，小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)）技術(shù)的提出為解決小區(qū)間同頻干擾問(wèn)題提供了一種有效的方法。由于ICIC 技術(shù)對(duì)干擾抑制的作用較為顯著，得到了國(guó)際各大企業(yè)的重視和廣泛研究。

2 ICIC 技術(shù)原理

2.1 小區(qū)間干擾

對(duì)于TD-LTE 系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，采用的是20 MHz的大系統(tǒng)帶寬，雖然中國(guó)移動(dòng)擁有60 MHz 連續(xù)的D 頻段（2575~2635 MHz）帶寬，存在采用3×20 MHz 異頻組網(wǎng)的條件，但是在頻率資源緊缺和大數(shù)據(jù)大流量暴增的今天，采用3×20 MHz 方式進(jìn)行異頻組網(wǎng)是非常不現(xiàn)實(shí)的，既不合符頻率利用率的原則，也不符合系統(tǒng)大容量的需求。因此，同頻組網(wǎng)對(duì)TD-LTE 系統(tǒng)具有至關(guān)重要的作用，是提升頻譜效率的關(guān)鍵。

作為TD-LTE 系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，OFDM 在一定程度上抑制了小區(qū)內(nèi)的干擾，但是并不能消除同頻組網(wǎng)時(shí)鄰近小區(qū)之間的相互干擾。在同頻組網(wǎng)的情況下，每個(gè)小區(qū)的每個(gè)子載波都可能接收到來(lái)自所有相鄰小區(qū)同子載波的信號(hào)干擾。上行鏈路和下行鏈路干擾情況分別如圖1 和圖2所示。

圖1 上行鏈路干擾情況

圖2 下行鏈路干擾情況

eNodeB A、B 為兩個(gè)TD-LTE 室外宏基站，UE1和UE2 分別為主服務(wù)基站eNodeB A 和B 邊緣的移動(dòng)用戶。對(duì)于上行鏈路來(lái)說(shuō)，eNodeB A 為UE1 分配上行資源集X1，eNodeB B 為UE2 分配上行資源X2，如果X1 和X2的交集不是空集，eNodeB B 會(huì)收到UE1 發(fā)送的無(wú)線信號(hào)，那么，對(duì)于eNodeB B 來(lái)說(shuō)，來(lái)自UE1的信號(hào)就是干擾信號(hào)。同理，對(duì)于下行鏈路小區(qū)間的干擾問(wèn)題與上行鏈路類似，如果兩個(gè)基站分配給兩個(gè)用戶的資源有交集，則UE1 將接收到來(lái)自eNodeB B的干擾。如果UE1 或UE2 處在兩個(gè)基站服務(wù)小區(qū)的重疊覆蓋區(qū)域，小區(qū)間的干擾就會(huì)更加嚴(yán)重。當(dāng)然，如果分配的資源集的交集為空集，就可以避免上述情況發(fā)生，但是采用同頻組網(wǎng)的方式，空集的概率非常小，因此，避免和降低小區(qū)間干擾對(duì)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)舉足輕重。

2.2 典型ICIC 技術(shù)的原理

為了更好地抑制小區(qū)間干擾和提高頻譜利用率，在4G 技術(shù)中引入ICIC小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術(shù)。ICIC 技術(shù)是指在相互干擾的小區(qū)間通過(guò)協(xié)調(diào)功率和頻域資源的使用，避免或降低小區(qū)間干擾的技術(shù)，主要用于解決宏蜂窩連續(xù)覆蓋下業(yè)務(wù)信道的鄰區(qū)干擾問(wèn)題。干擾的協(xié)調(diào)可以從頻域、時(shí)域、空域以及功率上進(jìn)行，盡量避免和降低小區(qū)間的同頻干擾。ICIC 技術(shù)的目的是通過(guò)管理無(wú)線資源來(lái)控制小區(qū)間的干擾，從而達(dá)到改善小區(qū)覆蓋、提高小區(qū)邊緣用戶吞吐量、提升小區(qū)平均頻譜效率的作用。

ICIC 技術(shù)在實(shí)現(xiàn)上方式多、分類豐富。按資源分配的周期可分為靜態(tài)ICIC、半靜態(tài)ICIC、動(dòng)態(tài)ICIC和協(xié)作調(diào)度； 按資源調(diào)度的方式可分為部分頻率復(fù)用、軟頻率復(fù)用和全頻率復(fù)用。

ICIC 典型的實(shí)現(xiàn)方法如圖3所示。將系統(tǒng)載波的帶寬（20 MHz）分為3 個(gè)部分，從圖3（a）可以看出，小區(qū)邊緣子載波互為正交，從而減少了小區(qū)間干擾。對(duì)于上述的這種實(shí)現(xiàn)方式，上行鏈路和下行鏈路采用的是不同的資源分配策略。對(duì)于上行鏈路，小區(qū)邊緣區(qū)域（OC）的資源用于邊緣用戶的調(diào)度，小區(qū)中心區(qū)域（IC）的資源用于中心用戶的調(diào)度，另外，允許小區(qū)邊緣用戶使用部分IC 資源，但是必須對(duì)該部分資源進(jìn)行功率控制，從而降低同頻干擾。對(duì)于下行鏈路的實(shí)現(xiàn)方法，也就是典型的軟頻率復(fù)用，軟頻率復(fù)用對(duì)部分子頻帶資源進(jìn)行功率控制以達(dá)到小區(qū)干擾抑制的作用。如圖3（c）把三等分的子頻帶分為兩部分，一部分作為主子載波組，另一部分作為輔子載波組。主子載波組的功率門限高于輔載波組的功率，且相鄰小區(qū)間的主子載波組必須是相互正交的。主子載波組可用于小區(qū)內(nèi)所有用戶，但是邊緣用戶對(duì)其具有較高的使用優(yōu)先級(jí)；輔子載波組只用于小區(qū)中心的用戶，邊緣用戶不可使用。該種ICIC實(shí)現(xiàn)方式，如果從資源分配周期來(lái)看，屬于靜態(tài)ICIC 技術(shù)，最大的缺陷是對(duì)小區(qū)用戶的帶寬進(jìn)行了嚴(yán)格限制，特別是小區(qū)邊緣的用戶，導(dǎo)致了小區(qū)頻率效率不高。而且，當(dāng)小區(qū)內(nèi)的負(fù)載隨著時(shí)間不斷變化，這種方式就變得非常不靈活。因此，這種方式主要適用于人口密度小、用戶行為較為單一的區(qū)域。對(duì)于用戶密集、負(fù)載變化較快的區(qū)域，需考慮使用資源分配方式更靈活的ICIC 技術(shù)，如動(dòng)態(tài)ICIC 技術(shù)等。

圖3 ICIC 典型的實(shí)現(xiàn)方法

3 仿真驗(yàn)證

本節(jié)通過(guò)采用靜態(tài)仿真方式驗(yàn)證ICIC 對(duì)小區(qū)吞吐量的影響，仿真輸出小區(qū)平均吞吐量和小區(qū)邊緣吞吐量，最后通過(guò)對(duì)比開(kāi)啟ICIC 前后吞吐量的變化得出結(jié)論。

3.1 仿真情況

仿真選取某地市面積為3.6 km2的區(qū)域，區(qū)域內(nèi)共有48 個(gè)（涉及137 個(gè)小區(qū)）TD-LTE的D頻段站點(diǎn)，其中，平均站間距300 m，平均站高為32 m。仿真參數(shù)設(shè)置和仿真結(jié)果分別見(jiàn)表1 和表2。

3.2 小結(jié)

從上述仿真結(jié)果可以看出，在啟動(dòng)ICIC 功能后，小區(qū)平均吞吐量略有提高，而小區(qū)邊緣吞吐量達(dá)到了30%以上的提升?？梢?jiàn)，采用ICIC 技術(shù)后，系統(tǒng)在較好地抑制了干擾的同時(shí)，也保證了小區(qū)的平均吞吐量，使得小區(qū)邊緣吞吐量有了顯著提高。

表1 仿真參數(shù)設(shè)置

表2 仿真結(jié)果

4 小區(qū)間干擾抑制技術(shù)的發(fā)展

為了適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，系統(tǒng)需要性能更加優(yōu)越的干擾抑制技術(shù)，在LTE-Advanced（LTE-A）技術(shù)中引進(jìn)了CoMP（Coordinated Multiple Points，多點(diǎn)協(xié)作）傳輸技術(shù)。CoMP 傳輸技術(shù)通過(guò)協(xié)作多個(gè)小區(qū)共享用戶相關(guān)的信息，在小區(qū)間實(shí)現(xiàn)多用戶的多點(diǎn)協(xié)作傳輸。通過(guò)引入CoMP 傳輸技術(shù)，能夠有效地解決小區(qū)邊緣干擾問(wèn)題，從而提高小區(qū)邊緣的吞吐量，擴(kuò)大高速傳輸覆蓋。另外，由于傳統(tǒng)ICIC 只能緩解業(yè)務(wù)信道的干擾，不能解決控制信道的干擾，因此，LTE-A 在引入載波聚合（Carrier Aggregation，CA）技術(shù)的同時(shí)，提出了增強(qiáng)型小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)（eICIC）技術(shù)。eICIC 技術(shù)分為兩種：一種是基于載波聚合的跨載波調(diào)度方案； 另一種是非載波聚合（Non-CA）下基于ABS的eICIC。eICIC 技術(shù)是為了解決異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中控制信道和數(shù)據(jù)信道的干擾而提出的，但它仍然無(wú)法解決小區(qū)公共信道干擾等問(wèn)題，因此，在3GPP中又提出了一種新的ICIC 技術(shù)，稱為Further Enhanced Non CA-Based ICIC for LTE（FeICIC）?？偟膩?lái)說(shuō)，小區(qū)間干擾抑制技術(shù)的發(fā)展必須與網(wǎng)絡(luò)的性能和要求相匹配，同時(shí)也要與快速增長(zhǎng)的用戶需求相匹配。

[1]林輝，焦惠穎，劉思揚(yáng)等.LTE Advanced 關(guān)鍵技術(shù)詳解[M].北京：人民郵電出版社，2012.

[2]張蓓蓓，劉芳，唐碧華.下一代無(wú)線通信系統(tǒng)中的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)（ICIC）技術(shù)[EB/OL].http://www.paper.edu.cn/releasepaper/content/201212-1184,2012.

[3]蔣遠(yuǎn)，湯利民.TD-LTE 原理與網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)[M].北京：人民郵電出版社,2012.

[4]R1-051059,3GPP TSG-RAN WG1#42bis,Texas Instruments.Inter-Cell Interference Mitigation for EUTRA[S].2005.