LTE系統中的小區間干擾協調

李樹磊++杜劍波++樊毅

【摘 要】隨著4G技術的不斷發展，LTE系統中的小區間干擾協調技術成為當下的研究熱點，本文對LTE系統同構網絡和異構網絡中的干擾協調技術進行了歸納整理。

【關鍵詞】LTE；CA；ICIC；ABS

LTE system， inter-cell interference coordination

Li Shu-lei，Du Jian-bo，Fan Yi

（Shaanxi Tianyuan Communication Planning and Design Consulting Co.， Ltd Xi'an Shanxi 710000）

【Abstract】With the continuous development of 4G technology LTE system inter-cell interference coordination technology to become the current research focus， the paper LTE system homogeneous network and a heterogeneous network interference coordination techniques were then put together.

【Key words】LTE；CA；ICIC；ABS

1. 前言

LTE系統十分關注頻譜效率，希望在無線資源越發緊張的情況下提供更高的數據速率，為了達到較高的頻譜效率，在網絡部署時，頻率復用因子盡量接近1，但由于缺乏相應的干擾抑制技術，會造成小區間干擾較大，尤其是小區邊緣用戶的性能會受到較大影響，無法保證連續的服務及穩定的吞吐量，所以如何有效的減少干擾的同時又使得頻譜效率最高成為當下研究的熱點。

2. 常見干擾抑制技術

（1）3GPP所提出的解決小區間干擾的技術主要有三類：干擾隨機化技術、干擾消除技術以及干擾協調技術，本文重點討論小區間干擾協調技術。

（2）小區間干擾協調即（Inter-cell interference Coordination ICIC），其基本思想是對各個小區的資源進行調度及分配，從而實現小區間干擾的抑制，具體方法包括在時域、頻域、空域進行資源的調度分配，或者在一定的資源上調整發射功率等，這種方法可以有效提升小區邊緣的吞吐量和信干噪比，是一種考慮多個小區中資源使用和負載分布等情況而進行的多小區無線資源管理技術。

圖1 部分頻率復用方案

3. 同構網絡中的小區干擾協調技術

（1）干擾協調中最簡單直接的方案是固定頻率復用方案，它將整個可用頻帶資源劃分為三份互不重疊的部分，分別分配給三個相鄰小區，這種頻率復用方案類似于分層網，雖然消除了頻率資源沖突，但頻譜的復用因子為3，降低了頻譜效率，不能適用于LTE網絡。

（2）后來部分頻率復用方案被提出，該方案把頻譜分成兩個部分，一部分頻譜的復用因子為1的同頻復用，另一部分頻譜的復用因子為3（或者更大），它將整個頻率帶分為四部分，每個小區中心用戶使用相同的頻率，小區邊緣用戶使用不同的頻率，如圖1所示。這種方案中，每個小區中心用戶收到本小區基站的信號電平較強，而距離相鄰小區基站較遠，空間的隔離可以保證小區中心用戶不會受到較強的小區間干擾，而小區邊緣用戶通過使用不同的頻率來避免小區間的同頻干擾。

（3）這種方案的缺點是每個小區并沒有完全使用所有的頻譜資源，邊緣業務量越大，分配給邊緣用戶的帶寬越多，頻譜效率越低。

（4）LTE系統小區間干擾協調常采用軟頻率復用技術，它將可用頻帶分成N個部分，一部分作為主載波組，其他作為副載波組，相鄰小區的主載波相互正交，主載波可用于整個小區，副載波只用于小區內部，邊緣用戶對主載波具有較高的使用優先級，只有中心用戶可以使用副載波，邊緣用戶不能使用，系統對主載波采用全發射功率，對副波采用較低的發射功率，如圖2所示。

圖2 軟頻率復用方案

圖3 異構網結構

（5）由于相鄰小區邊緣用戶使用的子載波相互正交，從而有效地減少相鄰小區的同頻干擾。而對于小區中心的用戶，由于其本身距離基站較近，且收到的外小區的干擾較小，所以可以采用較低的功率進行傳輸，而對于小區邊緣的用戶則采用全功率傳輸。

（6）在軟頻率復用技術中，功率控制作為一種調度方式被充分利用，在功率譜密度一定的情況下，分配更多的功率意味著獲得了更寬的帶寬。一般情況下，主載波的發射功率比副載波的發射功率高，副載波與主載波的功率比在0到1之間調正，對應的有效頻率復用系數則從N到1之間變化，通過調整功率的比值，可以適應負載在整個小區的業務分布。

（7）軟頻率復用方案實現相對簡單，信令開銷小，它的不足在于為了保證相鄰小區的邊緣用戶可以使用互相正交的頻帶，通常只能使用1/3的頻譜資源，小區邊緣頻譜效率不高，并且當各小區的業務量隨著時間而劇烈波動時，該方法顯得不靈活。

4. 異構網絡中的小區干擾協調技術

異構網通過在同構網絡的宏基站范圍內部署低功率、小范圍覆蓋的節點，從而提高邊緣和一些熱點區域的用戶性能，這些節點包括微微蜂窩（Pico）、豪微微蜂窩（Femto）、中繼節點（Relay）等，如圖3所示，這些節點的體積小，便于靈活部署，覆蓋范圍小，可以方便的利用高頻段頻譜。異構網提高了頻譜資源空間復用率，獲得了更高系統性能，但同時也使得網絡拓撲結構更加復雜，小區間干擾協調也面臨更加嚴峻的挑戰。

與同構網小區間干擾協調主要處理數據信道干擾不同的是，異構網中由于宏基站和低功率節點（LPN）間的發射功率相差較大，控制信道和數據信道都會受到較大的干擾，同時由于RE（Range Expansion），位于低LPN小區邊緣的用戶，受到Marco的下行干擾更加嚴重。R8/R9中的ICIC技術已不再完全有效，因此，必須考慮使用其他有效的方式來解決異構網小區間的干擾，R10中提出了兩種方案，一種是基于載波聚合的跨載波調度方案，另一種是基于ABS的增強型小區間干擾協調方案（eICIC）。endprint

4.1基于載波聚合的跨載波ICIC。

（1）在LTE-A中引入了載波聚合的技術，在異構網中利用這個特型來解決相鄰小區間控制信息的互相干擾問題。

（2）它將可用頻譜劃分為兩個獨立的成員載波，主成員載波和第二成員載波，控制信息只能承載在主成員載波上，不同的控制信息（例如：PDCCH PCFICH PHICH等）由不同的主成員載波負責傳輸，從而避免了控制信道的干擾；而數據信道則既可以使用主成員載波，也可以使用第二成員載波。

圖4 基于載波聚合的ICIC

圖5 基于ABS的時域eICIC

（3）在異構網中，通過在Marco和pico中分別采用不同的主成員載波來承載控制信息，通過跨載波調度來配置其他成員載波上的業務信息，從而避免小區間控制信息的干擾問題。

（4）在具體調度中使用CIF（Carrier Indicator Field）指示不同的成員載波，如圖4所示，Marco的UE由于處于Marco和Pico小區之間，僅在f1上發送控制信令，通過跨載波調度的方式，在f1和f2上發送數據；而對于Pico的UE，僅在f2上發送控制信令，在f1和f2上發送數據。

圖6 時間偏移和ABS方案

4.2 基于ABS的時域eICIC。

（1）為了減輕控制信道和業務信道的干擾，可以在時域資源對用戶進行調度，通過降低某個子幀的發射功率（或靜音發射）來保護被干擾子幀，從而減輕小區間干擾，本文主要介紹基于ABS結構的時域eICIC方案。

（2）基于ABS的eICIC方案的思路是，在干擾基站發送的信息中先驗性的加入一些空白子幀，被干擾基站在這些空白子幀內對用戶提供服務。這種加入的空白子幀只發射一些參考信號：公共參考信號CRS、同步信號PSS SSS、物理廣播信道PBCH等，采用這種形式的子幀被成為幾乎空白子幀ABS。

（3）通過將Marco的部分子幀設置為ABS，在ABS中調度Pico基站的邊緣用戶，從而減少Marco對Pico邊緣用戶的干擾，提高邊緣用戶的吞吐量，如圖5所示。

（4）由于ABS內仍然在發送參考信號，這些信息仍然會對邊緣用戶造成影響，可以將ABS的數據信道配置為MBSFN多播廣播單頻網子幀結構， UE會將多個MBSFN小區視為一個大的小區，從而消除數據信道上的RS干擾，但在控制信道區域的參考信號仍然存在，為了進一步降低干擾，可將此方案與時間偏移結合起來使用，如圖6所示，Pico發送信息第一幀設置為MBSFN子幀結構，第二幀設置為ABS結構，第三幀設置為ABS與MBSFN結合，加上Pico與Marco發送幀之間存在一定時間的偏移，所以相對于基本的ABS配置模式，在降低小區間干擾方面能獲得更好的性能。需要注意的是，對于TDD系統需要注意偏移量和GP的配置以避免上下行交叉干擾。

5. 結束語

干擾協調技術主要通過對時間、頻率、功率以及用戶調度等要素的協調和控制實現對小區內用戶特別是邊緣用戶QOS性能的保障。本文介紹了R8/R9中的軟頻率復用技術以及R10中的跨載波調度和基于ABS的eICIC技術，列舉了部分典型的ICIC方案，介紹分析了其原理及性能優劣。

參考文獻

[1] 3GPP R1-090735.Revised SID on LTE-Advanced.September 2009.

[2] 3GPP R1-101782.Enhanced Interference Management by Resource Partitioning.April 2010.

[3] 3GPP R1-101982.LTE non-CA basede Het-Net support.April 2010.

[4] 3GPP R1-102252.Mitigation of Control Channel Interference.April 2010.

[5] 張蓓蓓.下一代無線通信系統中的小區間干擾協調（ICIC）技術 中圖分類號：TN929.5.

[6] 白玉.一種OFDMA系統半靜態干擾協調算法[J].無線電通信技術，2009，第一期11-13.endprint

4.1基于載波聚合的跨載波ICIC。

（1）在LTE-A中引入了載波聚合的技術，在異構網中利用這個特型來解決相鄰小區間控制信息的互相干擾問題。

（2）它將可用頻譜劃分為兩個獨立的成員載波，主成員載波和第二成員載波，控制信息只能承載在主成員載波上，不同的控制信息（例如：PDCCH PCFICH PHICH等）由不同的主成員載波負責傳輸，從而避免了控制信道的干擾；而數據信道則既可以使用主成員載波，也可以使用第二成員載波。

圖4 基于載波聚合的ICIC

圖5 基于ABS的時域eICIC

（3）在異構網中，通過在Marco和pico中分別采用不同的主成員載波來承載控制信息，通過跨載波調度來配置其他成員載波上的業務信息，從而避免小區間控制信息的干擾問題。

（4）在具體調度中使用CIF（Carrier Indicator Field）指示不同的成員載波，如圖4所示，Marco的UE由于處于Marco和Pico小區之間，僅在f1上發送控制信令，通過跨載波調度的方式，在f1和f2上發送數據；而對于Pico的UE，僅在f2上發送控制信令，在f1和f2上發送數據。

圖6 時間偏移和ABS方案

4.2 基于ABS的時域eICIC。

（1）為了減輕控制信道和業務信道的干擾，可以在時域資源對用戶進行調度，通過降低某個子幀的發射功率（或靜音發射）來保護被干擾子幀，從而減輕小區間干擾，本文主要介紹基于ABS結構的時域eICIC方案。

（2）基于ABS的eICIC方案的思路是，在干擾基站發送的信息中先驗性的加入一些空白子幀，被干擾基站在這些空白子幀內對用戶提供服務。這種加入的空白子幀只發射一些參考信號：公共參考信號CRS、同步信號PSS SSS、物理廣播信道PBCH等，采用這種形式的子幀被成為幾乎空白子幀ABS。

（3）通過將Marco的部分子幀設置為ABS，在ABS中調度Pico基站的邊緣用戶，從而減少Marco對Pico邊緣用戶的干擾，提高邊緣用戶的吞吐量，如圖5所示。

（4）由于ABS內仍然在發送參考信號，這些信息仍然會對邊緣用戶造成影響，可以將ABS的數據信道配置為MBSFN多播廣播單頻網子幀結構， UE會將多個MBSFN小區視為一個大的小區，從而消除數據信道上的RS干擾，但在控制信道區域的參考信號仍然存在，為了進一步降低干擾，可將此方案與時間偏移結合起來使用，如圖6所示，Pico發送信息第一幀設置為MBSFN子幀結構，第二幀設置為ABS結構，第三幀設置為ABS與MBSFN結合，加上Pico與Marco發送幀之間存在一定時間的偏移，所以相對于基本的ABS配置模式，在降低小區間干擾方面能獲得更好的性能。需要注意的是，對于TDD系統需要注意偏移量和GP的配置以避免上下行交叉干擾。

5. 結束語

干擾協調技術主要通過對時間、頻率、功率以及用戶調度等要素的協調和控制實現對小區內用戶特別是邊緣用戶QOS性能的保障。本文介紹了R8/R9中的軟頻率復用技術以及R10中的跨載波調度和基于ABS的eICIC技術，列舉了部分典型的ICIC方案，介紹分析了其原理及性能優劣。

參考文獻

[1] 3GPP R1-090735.Revised SID on LTE-Advanced.September 2009.

[2] 3GPP R1-101782.Enhanced Interference Management by Resource Partitioning.April 2010.

[3] 3GPP R1-101982.LTE non-CA basede Het-Net support.April 2010.

[4] 3GPP R1-102252.Mitigation of Control Channel Interference.April 2010.

[5] 張蓓蓓.下一代無線通信系統中的小區間干擾協調（ICIC）技術 中圖分類號：TN929.5.

[6] 白玉.一種OFDMA系統半靜態干擾協調算法[J].無線電通信技術，2009，第一期11-13.endprint

4.1基于載波聚合的跨載波ICIC。

（1）在LTE-A中引入了載波聚合的技術，在異構網中利用這個特型來解決相鄰小區間控制信息的互相干擾問題。

（2）它將可用頻譜劃分為兩個獨立的成員載波，主成員載波和第二成員載波，控制信息只能承載在主成員載波上，不同的控制信息（例如：PDCCH PCFICH PHICH等）由不同的主成員載波負責傳輸，從而避免了控制信道的干擾；而數據信道則既可以使用主成員載波，也可以使用第二成員載波。

圖4 基于載波聚合的ICIC

圖5 基于ABS的時域eICIC

（3）在異構網中，通過在Marco和pico中分別采用不同的主成員載波來承載控制信息，通過跨載波調度來配置其他成員載波上的業務信息，從而避免小區間控制信息的干擾問題。

（4）在具體調度中使用CIF（Carrier Indicator Field）指示不同的成員載波，如圖4所示，Marco的UE由于處于Marco和Pico小區之間，僅在f1上發送控制信令，通過跨載波調度的方式，在f1和f2上發送數據；而對于Pico的UE，僅在f2上發送控制信令，在f1和f2上發送數據。

圖6 時間偏移和ABS方案

4.2 基于ABS的時域eICIC。

（1）為了減輕控制信道和業務信道的干擾，可以在時域資源對用戶進行調度，通過降低某個子幀的發射功率（或靜音發射）來保護被干擾子幀，從而減輕小區間干擾，本文主要介紹基于ABS結構的時域eICIC方案。

（2）基于ABS的eICIC方案的思路是，在干擾基站發送的信息中先驗性的加入一些空白子幀，被干擾基站在這些空白子幀內對用戶提供服務。這種加入的空白子幀只發射一些參考信號：公共參考信號CRS、同步信號PSS SSS、物理廣播信道PBCH等，采用這種形式的子幀被成為幾乎空白子幀ABS。

（3）通過將Marco的部分子幀設置為ABS，在ABS中調度Pico基站的邊緣用戶，從而減少Marco對Pico邊緣用戶的干擾，提高邊緣用戶的吞吐量，如圖5所示。

（4）由于ABS內仍然在發送參考信號，這些信息仍然會對邊緣用戶造成影響，可以將ABS的數據信道配置為MBSFN多播廣播單頻網子幀結構， UE會將多個MBSFN小區視為一個大的小區，從而消除數據信道上的RS干擾，但在控制信道區域的參考信號仍然存在，為了進一步降低干擾，可將此方案與時間偏移結合起來使用，如圖6所示，Pico發送信息第一幀設置為MBSFN子幀結構，第二幀設置為ABS結構，第三幀設置為ABS與MBSFN結合，加上Pico與Marco發送幀之間存在一定時間的偏移，所以相對于基本的ABS配置模式，在降低小區間干擾方面能獲得更好的性能。需要注意的是，對于TDD系統需要注意偏移量和GP的配置以避免上下行交叉干擾。

5. 結束語

干擾協調技術主要通過對時間、頻率、功率以及用戶調度等要素的協調和控制實現對小區內用戶特別是邊緣用戶QOS性能的保障。本文介紹了R8/R9中的軟頻率復用技術以及R10中的跨載波調度和基于ABS的eICIC技術，列舉了部分典型的ICIC方案，介紹分析了其原理及性能優劣。

參考文獻

[1] 3GPP R1-090735.Revised SID on LTE-Advanced.September 2009.

[2] 3GPP R1-101782.Enhanced Interference Management by Resource Partitioning.April 2010.

[3] 3GPP R1-101982.LTE non-CA basede Het-Net support.April 2010.

[4] 3GPP R1-102252.Mitigation of Control Channel Interference.April 2010.

[5] 張蓓蓓.下一代無線通信系統中的小區間干擾協調（ICIC）技術 中圖分類號：TN929.5.

[6] 白玉.一種OFDMA系統半靜態干擾協調算法[J].無線電通信技術，2009，第一期11-13.endprint