長期演進小區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）對解決小區間的干擾提出了幾種干擾控制技術，主要有小區間干擾隨機化、小區間干擾消除和小區間干擾協調技術。小區間干擾協調技術主要有部分頻率復用（FFR）技術和軟頻率復用（SFR）技術。簡要介紹了現今比較常用的動態TDD（時分雙工）的干擾控制，主要有小區成簇干擾減輕法，協作調度干擾減輕法，基于elCIC/FelCIC（增強的小區間干擾協調）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）小區內干擾幾乎可以忽略不計，而干擾的主要來源是小區間的干擾。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，主要有小區間干擾隨機化、小區間干擾消除和小區間干擾協調技術。

1　小區間干擾隨機化

小區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。小區跳頻法是利用調度器的系統調度，使用戶調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已認同小區跳頻法，但其應用到實際網絡中實際效果如何還處于研究中[2]。總之，干擾隨機法就是給相鄰小區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間的干擾。這種方法雖簡單，但不能真正地消除小區間的干擾，而且當多小區之間干擾時，誤差比較大。

2　小區間干擾消除

干擾消除技術是指把來自相鄰小區的干擾信號進行解調或是解碼，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]。基于多天線接收終端的空間干擾消除是用信號發射端和接收端之間的信道差異來區分有用信號和干擾信號。加擾技術是用來區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。在多小區系統中，小區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。總之，干擾消除技術對LTE系統要求非常高，在實際應用中受條件限制很大，已經不再在3GPP會議上進行討論[4]。

3　小區間干擾協調技術

小區間干擾協調技術是在全網范圍內對可用頻譜資源進行規劃。使用頻率復用技術，盡可能地使相鄰干擾小區間相同頻點的使用距離更遠，利用路徑產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，提高調制編碼等級，達到提高吞吐量的效果。這種技術實現起來靈活簡單，效果理想，所以成了小區間干擾控制的主流技術。典型的干擾協調技術有以下兩種[5]。

3.1部分頻率復用（FFR）技術

LTE受到干擾最嚴重的是小區邊緣用戶。使用部分頻率復用的出發點正是由此，其思想就是區別對待小區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]。將小區分為中心區域和邊緣區域，實際可根據參考信號接收功率、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。以保證3個相鄰小區邊緣使用的頻段正交，避免相互干擾。在小區中心，小區之間的干擾程度較低，小區中心區域復用中心頻段f1，但須以低功率發射。

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間的干擾，但是也限制了小區中心的可用頻段，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，同樣地把小區分為中心區域和邊緣區域[7]，把可用頻段分為3段，相鄰3個小區分別復用一段，即小區邊緣能夠用的頻譜資源為全頻段的1/3。而小區中心用戶，允許可用全部頻譜資源f，但必須以較低功率發射。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，改善小區邊緣用戶的通信質量。

對于軟頻率復用技術，小區邊緣用戶使用的資源為全頻段的1/3。可用資源也不能適用小區邊緣負載的變化。如果小區邊緣用戶數較多就極大的限制了小區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小區成簇干擾減輕法

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

4.2協作調度干擾減輕法

協作調度干擾減輕（SDIM）法指各小區根據上下行負載、干擾水平等，使用資源分配、鏈路自適應、傳輸功率、子幀的傳輸方向調整等調度策略來減輕小區間的干擾。調度策略可根據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調整。

4.3基于elCIC/FelCIC的干擾減輕法

雖然elCIC/FelCIC（增強的小區間干擾協調）方法不是為交叉時隙干擾協調而設計的。但我們可以借鑒一下elCIC/FelCIC的干擾協調技術。比如，根據嚴格的鏈路測量、雙向信道狀態信息（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度它們，以此來減小宏基站對低功率的微微小區的干擾。但是，為了向后兼容R8/R9用戶，小區特定參考信號（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在相同載波上的數據和控制信道的干擾。常規的幾乎空白子幀的結構如圖4所示。

ABS原理和實現機制已經在標準研究者間達成共識，但是ABS子幀位置及數量的配置則需要根據網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

在以上4種方法中，協作調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之間設置一個交叉時隙干擾區域的方案[10]。在交叉時隙干擾區域中，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之間的交叉時隙干擾，但是在交叉時隙干擾區域中，小區用戶在交叉時隙無法傳輸數據，所以如果交叉時隙干擾區域較大的話就會造成較大的容量損失。也有根據相鄰小區的負載狀況對交叉時隙資源進行初始化分割配置方案[11]。比如相鄰小區負載接近時，每個小區各使用一半交叉時隙資源。也可根據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之間的情況，如果是全網多小區的話，則該方法很難適用。

參考文獻：

[1]3GPP Rl-050738. Interference mitigation/considerations and results on frequency reuse[R]. London UK: 3GPP , 2005.

[2]慶濤. LTE系統小區間抗干擾研究[D]. 杭州：浙江大學, 2012.

[3]3GPP R1-051396. Comparison of bit repetition and symbol repetition for inter-cell interference mitigation[R]. Seoul Korea: 3GPP, 2005.

[4]張大鵬. LTE系統中無線資源管理技術的研究[D]. 北京: 北京郵電大學, 2010.

[5]3GPP TS 36.331. Evolved universal terrestrial radio access （EUTRA）; Radio resource control（RRC）Protocol Specification[S].

[6]3GPP TR 25.892. Feasibility study for orthogonal frequency division multiplexing（OFDM）For UTRAN Enhancement[S].

[7]3GPP R1-050841. Further analysis of soft frequency reuse scheme[R]. London UK: 3GPP, 2005.

[8]3GPP TR 36.828. Further enhancements to LTE time division duplex（TDD）for downlink-uplink（DL-UL）interference management and traffic adaptation[S].

[9]SHEN Z, KHORYAEV A, ERIKSSON E, et al. Dynamic uplink-downlink configuration and interference management in TD-LTE[J]. Communications Magazine IEEE, 2012,50(11): 51-59.

[10]張宇. TD-SCDMA可變切換點分析及解決方案[J]. 通信世界, 2005 (20): 33-33.

[11]陳霞. TDD OFDMA系統中不同時隙配比的同頻組網方法[J]. 電信技術, 2012(5):56-58. ◆