LTE—U干擾檢測及避免機制的研究

汪文晶　杜明玉　胡航

【摘 要】為了滿足用戶對高速率、低時延的網絡需求，解決現網頻譜資源稀缺的問題，介紹了一種非授權頻段與授權頻段載波聚合的方法，來提高頻譜資源的利用率。但非授權頻段缺乏相互干擾協(xié)調及管理機制，通過分析目前3種LTE-U的干擾檢測及避免方法的優(yōu)缺點，研究了一種LTE-U干擾檢測及避免的算法，該算法能實現LTE-U SmallCell干擾的自動化檢測和優(yōu)化，從而達到提升LTE-U SmallCell工作可靠性的效果。

【關鍵詞】LTE-U 干擾檢測 抗干擾

1 引言

LTE-U（Long Term Evolution-Unlicensed）作為LTE系統(tǒng)在非授權頻段的一種演進發(fā)展形式[1]，實現了非授權頻段與授權頻段的載波聚合，極大地提高了頻譜利用率和無線數據業(yè)務速率[2]。但非授權頻段缺乏相互干擾的協(xié)調及管理機制，因此本文研究了一種LTE-U的干擾檢測及避免機制的算法，該算法能實現LTE-U SmallCell干擾的自動化檢測和優(yōu)化，從而達到提升LTE-U SmallCell工作可靠性的效果。

2 LTE-U的部署優(yōu)勢及組網結構

2.1 LTE-U的部署優(yōu)勢

與Wi-Fi技術相比，LTE在未授權頻段的部署有很大的優(yōu)勢：從用戶角度來看，LTE-U聯合LTE將會提供給用戶更高的數據速率、更好的覆蓋性能、更高的可靠性，這將會是一種完美的用戶體驗；從移動運營商角度來看，核心網同時運行于LTE授權和未授權頻段，這將十分便于移動網絡的運營管理與升級。

2.2 LTE-U組網結構

LTE-U可以選擇不同的組網方式，這里著重介紹分布式組網方式。LTE-U分布式系統(tǒng)是基于C-RAN架構把基站分離成BBU和RRU。在LTE-U下，相當于BBU連接了兩個RRU，一個是LTE授權頻段1.8 GHz下的RRU，一個是未授權頻段5 GHz下的RRU，兩者都通過CPRI接口連接BBU。

如圖1所示，LTE 1.8 GHz頻段20 MHz，5 GHz RRU頻段40 MHz，兩者合并，總共為60 MHz，這相當于3載波聚合，可提供450 Mb/s的峰值速率。

3 LTE-U干擾檢測及避免方法

3.1 現有方法介紹

在LTE系統(tǒng)中，消除不同小區(qū)之間干擾的技術通常有干擾消除、干擾隨機化及干擾協(xié)調（Inter Cell Interference Coordination，ICIC）等，LTE-U既然作為LTE系統(tǒng)的一種延伸，毫無疑問可以繼承LTE系統(tǒng)這些抗干擾技術。但是，干擾消除技術的缺點是：小區(qū)間必須保持同步，目標小區(qū)必須知道干擾小區(qū)的導頻結構，以對干擾信號進行信道估計，顯然這樣的條件太苛刻。干擾隨機化技術的缺點是：不能降低干擾的能量，如果干擾小區(qū)數目很多，終端就不能對干擾進行很好地抑制。這里著重介紹一下應用相對廣泛的ICIC技術，ICIC技術[3]主要是通過對系統(tǒng)資源（時頻資源、功率等）進行限制和協(xié)調，達到相鄰小區(qū)間干擾協(xié)調的目的。

具體來講，ICIC技術為了增大小區(qū)邊緣的容量，采用了頻率復用的方法，相鄰小區(qū)間采用不同的頻段來避免相鄰小區(qū)頻率間干擾。為了進一步限制小區(qū)間干擾，基站通過發(fā)射功率指示（RNTP）來通知其相鄰小區(qū)的下行干擾情況，相鄰小區(qū)在收到指示信號后會根據干擾情況來調整自身發(fā)射功率。

ICIC技術雖然在LTE-U中可以保證系統(tǒng)吞吐量不下降，提高邊緣用戶的頻譜效率，但是其邊緣頻帶配置比例無法適配小區(qū)負荷的變化，干擾協(xié)調效率低，仍不能滿足實際的使用需求。

3.2 本算法介紹

（1）算法原理

將各SmallCell的PCI（Physical Cell Identity，物理小區(qū)標識）、CI（Cell Identity，小區(qū)標識）基于規(guī)劃進行配置。PCI配置為物理相鄰的小區(qū)所配置的PCI模3互異，同一個小區(qū)的多個鄰小區(qū)間的PCI互異；CI配置為各小區(qū)互異。小區(qū)的鄰區(qū)初始關系基于規(guī)劃進行，在小區(qū)運行過程中，當與本小區(qū)有鄰區(qū)關系的小區(qū)工作頻點發(fā)生變化時，及時更新本小區(qū)的鄰區(qū)配置信息，保證鄰區(qū)關系自動同步更新。

工作頻點采用自配置自優(yōu)化的方式，即上電之后，SmallCell為自身配置最優(yōu)的工作頻點。小區(qū)進入工作狀態(tài)后，綜合考慮終端側及基站側的干擾情況，判定本小區(qū)工作頻點受到干擾后，重新選擇最佳的頻點作為本小區(qū)的工作頻點。同時，在本小區(qū)工作頻點發(fā)生變化后，自動通知本小區(qū)的相鄰小區(qū)更新其鄰區(qū)配置關系中關于本小區(qū)的頻點信息，保證鄰區(qū)關系的正確性。

CI、PCI、鄰區(qū)關系配置示意圖如圖2所示。

（2）算法流程圖

本文提出的干擾檢測算法流程圖如圖3所示。

根據圖3的流程圖，可以清楚地知道該干擾檢測及避免算法的運作過程，下面以一個實例來進行詳細說明。本例中每個頻點間隔為10 MHz，每個小區(qū)工作帶寬為20 MHz，如圖4所示。

此實例中，本算法干擾避免過程初始頻點列表、臨時頻點列表1和臨時頻點列表2的變更如表1、表2、表3、表4所示。

此算法流程中自定義的參數列表如表5所示。

基站初始化頻點自配置時建立一個初始頻點列表如表1所示，根據頻點的SNR從大到小排序，挑選出頻譜互不重疊且SNR最大的10個頻點進行工作，其中SNR計算公式如下：

然后判斷頻點是否需要自優(yōu)化，干擾判定準則為：滿足條件1）、2）、3）之一，即可判定為載波受到干擾，即需要頻點自優(yōu)化。

1）載波i綜合信噪比SNRcarrier_i低于門限值SNRthr，或者載波i上用戶個體信噪比低于門限值SNRthr的用戶數占比大于門限值UserSnrPoolRatio。條件1）涉及的變量及運算過程說明如下：

UserSnrPoolRatio：載波i上用戶信噪比小于SNRthr的比例門限值。注意：對于載波i上用戶數大于等于10個時，按照比例計算，假如載波i上用戶數小于10個，判定條件改為低于門限值SNRthr的個數大于2個。

2）鏈路重建率高于門限值LinkReconnectPercentthr。鏈路重建率采用現有KPI的統(tǒng)計方法，當鏈路重建率高于LinkReconnectPercentthr，則認為該載波的工作頻點受到干擾，啟動該載波頻點自優(yōu)化。

3）RRC連接成功率低于門限值RRCConnect- SuccessPercentthr。RRC連接成功率沿用現有KPI統(tǒng)計方法，當RRC連接成功率低于RRC連接成功率門限，則認為該載波的工作頻點受到干擾，啟動該載波頻點自優(yōu)化。

如果根據以上干擾判定條件，檢測到f0工作頻點受到干擾，則建立臨時頻點列表1和列表2，并檢測臨時頻點列表1中第一個頻點f3，并獲取SNR值。

如果f3測量的SNR小于SNRULthr，將該頻點按照SNR排序，插入到臨時頻點列表2中保存，并從臨時頻點列表1中刪除該頻點。然后繼續(xù)檢測臨時頻點列表1中的f4。

如果f4測量的SNR大于SNRULthr，則向UE發(fā)送異頻測量配置，UE根據接收到的測量配置開始對配置頻點進行掃描檢測。在配置時間內若觸發(fā)上報條件則向基站上報（注意：終端測量時只能夠測量LTE-U基站，針對其他潛在的干擾，如Wi-Fi信號，由于LTE-U基站工作時，Wi-Fi信號自己會避讓，因此，無需考慮該信號影響。其他同頻干擾或者引起底噪抬升的因素，由于無法通過異頻測量得到，此情況由更新頻點后工作過程的干擾判定來發(fā)現并進行避免）。

基站根據UE測量報告判斷是否受干擾。首先，基站根據UE反饋的當前測量頻點上鄰小區(qū)的參考信號接收功率Rsrpneighbor（異頻測量超時之前，如果同個小區(qū)上報了多個數據，則按統(tǒng)計平均折算該小區(qū)的RSRP；如果上報了多個小區(qū)，則把不同小區(qū)的RSRP累加得到一個總的RSRP），啟動終端進行異頻測量前最近一次對本小區(qū)所測得的參考信號接收功率Rsrplocal，通過Rsrplocal- Rsrpneighbor計算得到該終端在當前測量頻點的信噪比。其次，基站判定在當前測量頻點上，信噪比小于SNRDLthr的終端占比是否大于UserSnrPoolRatio（注意：如果某個終端在該頻點上測不到小區(qū)參考信號，則認為該終端在該頻點上的信號質量是滿足要求的），如果是，則判定該頻點受干擾。

如果檢測頻點f4無干擾，則將工作頻點切為f4，并進行鄰區(qū)更新，將自己的小區(qū)ID與新的工作頻點發(fā)送給周圍鄰區(qū)，發(fā)送方式可以由小區(qū)間的X2連接直接完成信息傳遞（對于X2連接，周圍鄰區(qū)檢測到自身鄰區(qū)中的小區(qū)ID與本次所發(fā)送的小區(qū)ID相同，則把自身鄰區(qū)中該小區(qū)ID對應的工作頻點更新為本次所發(fā)送的頻點），然后將臨時頻點列表1和列表2中頻點按照SNR順序插入到初始頻點列表（SNR4ˊ>SNR1，SNR3ˊ>SNR5，SNR2>SNR0ˊ），清空臨時頻點列表1和列表2。

（3）本算法優(yōu)點

1）本算法所設計的干擾檢測及避免機制，能綜合考慮基站側及終端側的測量信息來判定頻點的干擾情況，干擾評估維度的考慮更完整。同時，方案設計的頻點自優(yōu)化過程可以繼承頻點測量的歷史數據，優(yōu)先測量歷史記錄質優(yōu)的頻點，加快頻點選擇速度，降低質差影響時長，改善用戶體驗。

2）本算法考慮到站點基于規(guī)劃布放，站點鄰近關系較為固定，因此基于規(guī)劃配置小區(qū)的CI、PCI、鄰區(qū)初始關系，保證相關參數配置的可靠性、完整性，避免多維度SON帶來的算法復雜度過高，配置信息不準確等問題。

3）本算法考慮到頻點自優(yōu)化后，涉及鄰區(qū)同步更新的需求，設計了鄰區(qū)自動同步更新機制。通過將小區(qū)所更新頻點與CI綁定發(fā)布，通過回傳口把該信息發(fā)送給鄰小區(qū)，而后鄰小區(qū)基于前述所配置的初始鄰區(qū)信息，自動發(fā)現CI相關頻點的更新情況并自動更新本小區(qū)的鄰區(qū)配置。這樣就可以有效降低鄰區(qū)維護工作量，繼承前述所提及初始鄰區(qū)可靠完整配置的屬性，保證鄰區(qū)自更新及時、準確、完整。

4 結束語

基于以上種種優(yōu)點，本方案研究的算法能保證對LTE-U SmallCell的干擾進行最大化規(guī)避。和現有的幾種干擾檢測及避免方法相比，本文介紹的算法有更大的優(yōu)勢。希望接下來的研究能對本算法的干擾檢測機制、流程和步驟進行更全面的補充和優(yōu)化，結合多維度SON算法，設計出一種適用于站點自由擺放的應用場景，這將使LTE-U的應用提高到更深一個層面，對移動互聯網的發(fā)展來說也是一個新的突破。

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