LTE小區(qū)間干擾抑制技術(shù)介紹及比較

0　前言

隨著移動(dòng)通信技術(shù)的不斷發(fā)展，用戶對移動(dòng)通信的內(nèi)容和質(zhì)量都提出了更高的要求。為了適應(yīng)全球無線通信呈現(xiàn)出的移動(dòng)化、寬帶化和IP化的趨勢，也為了與新興的一些移動(dòng)通信技術(shù)如WiMAX， Wi—Fi競爭，2004年底，3GPP繼HSDPA，HSUPA等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之后，提出了3G的長期演進(jìn)(3GLTE)。 3G LTE的目標(biāo)是獲得更高的數(shù)據(jù)速率，更低的時(shí)延，改進(jìn)的系統(tǒng)容量和覆蓋范圍，以及較低的成本。與此同時(shí)，由于LTE采用正交頻分多址(OFDMA) 的接入方式，小區(qū)內(nèi)用戶的信息承載在相互正交的不同載波上，因此干擾來自其他小區(qū).即小區(qū)間的干擾。所以，小區(qū)間的干擾抑制成為一個(gè)亟待解決的問題。本文介紹了LTE目前采用的主要干擾抑制方法，并比較了不同方法的優(yōu)劣。

1　LTE簡介

LTE填補(bǔ)了第三代移動(dòng)通信和第四代移動(dòng)通信之問的巨大技術(shù)差距，目標(biāo)是建立一個(gè)能夠獲得高傳輸速率、低等待時(shí)間、基于包優(yōu)化的可演進(jìn)的無線接人架構(gòu)。LTE系統(tǒng)期望在20 MHz的帶寬上達(dá)到 100 Mbit/s的下行傳輸速率，50 Mbit/s的上行傳輸速率，頻譜效率為HSPA的2～4倍。支持增強(qiáng)型的多媒體廣播組播業(yè)務(wù)和全分組的包交換，帶寬配置靈活，邊緣小區(qū)的傳輸速率顯著提高，系統(tǒng)的覆蓋性增強(qiáng)。為了達(dá)到以上目標(biāo)，LTE系統(tǒng)采取了趨近于典型全 IP寬帶網(wǎng)的扁平化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，采用了如多輸人多輸出(MIMO)、正交頻分復(fù)用(OFDM)、混合自動(dòng)請求重傳(HARQ)、自適應(yīng)調(diào)制編碼(HARQ)等先進(jìn)技術(shù)。LTE系統(tǒng)上行采用基于0FDM傳輸技術(shù)的單載波頻分多址(SC—FDMA)的接入方式.下行采用 OFDMA的接入方式。0FDMA的接人方式與碼分多址(CDMA)不同，無法通過擴(kuò)頻方式消除小區(qū)間的干擾，LTE系統(tǒng)又對頻譜效率有很高的要求，也不能通過使用較高復(fù)用系數(shù)的傳統(tǒng)的頻率復(fù)用方法來減弱干擾，因此，在LTE中，非常關(guān)注小區(qū)間的干擾抑制技術(shù)。目前，3GPP討論的抑制小區(qū)間干擾的主要方式分為3種，即小區(qū)間干擾隨機(jī)化、小區(qū)間干擾刪除以及小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)/避免。

2　小區(qū)間的干擾抑制技術(shù)

LTE特有的OFDMA接入方式，使本小區(qū)內(nèi)的用戶信息承載在相互正交的不同載波上，因此所有的干擾來自于其他小區(qū)。對于小區(qū)中心的用戶來說.其本身離基站的距離就比較近，而外小區(qū)的干擾信號(hào)距離又較遠(yuǎn)，則其信干噪比相對較大：但是對于小區(qū)邊緣的用戶，由于相鄰小區(qū)占用同樣載波資源的用戶對其干擾比較大，加之本身距離基站較遠(yuǎn)，其信干噪比相對就較小，導(dǎo)致雖然小區(qū)整體的吞吐量較高，但是小區(qū)邊緣的用戶服務(wù)質(zhì)量較差.吞吐量較低。因此，在LTE中，小區(qū)間干擾抑制技術(shù)非常重要。

2.1干擾隨機(jī)化

對于0FDMA的接人方式，來自外小區(qū)的干擾數(shù)目有限，但干擾強(qiáng)度較大，干擾源的變化也比較快，不易估計(jì)，于是采用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)的方法來對干擾進(jìn)行估計(jì)就成為一種比較簡單可行的方法。干擾隨機(jī)化不能降低干擾的能量，但能通過給干擾信號(hào)加擾的方式將干擾隨機(jī)化為“白噪聲”，從而抑制小區(qū)間干擾，因此又稱為“干擾白化”。干擾隨機(jī)化的方法主要包括小區(qū)專屬加擾和小區(qū)專屬交織。

a)小區(qū)專屬加擾，即在信道編碼后，對干擾信號(hào)隨機(jī)加擾。如圖l所示，對小區(qū)A和小區(qū)B，在信道編碼和交織后，分別對其傳輸信號(hào)進(jìn)行加擾。如果沒有加擾，用戶設(shè)備(UE)的解碼器不能區(qū)分接收到的信號(hào)是來自本小區(qū)還是來自其他小區(qū)，它既可能對本小區(qū)的信號(hào)進(jìn)行解碼，也可能對其他小區(qū)的信號(hào)進(jìn)行解碼，使得性能降低。小區(qū)專屬加擾可以通過不同的擾碼對不同小區(qū)的信息進(jìn)行區(qū)分，讓UE只針對有用信息進(jìn)行解碼，以降低干擾。加擾并不影響帶寬，但是可以提高性能。

圖1小區(qū)專屬加擾

b)小區(qū)專屬交織，即在信道編碼后，對傳輸信號(hào)進(jìn)行不同方式的交織。如圖2所示，對于小區(qū)A 和小區(qū)B，在信道編碼后分別對其干擾信號(hào)進(jìn)行交織。小區(qū)專屬交織的模式可以由偽隨機(jī)數(shù)的方法產(chǎn)生，可用的交織模式數(shù)(交織種子)是由交織長度決定的，不同的交織長度對應(yīng)不同的交織模式編號(hào)， UE端通過檢查交織模式的編號(hào)決定使用何種交織模式。在空間距離較遠(yuǎn)的小區(qū)間，交織種子可以復(fù)用，類似于蜂窩系統(tǒng)中的頻分復(fù)用。對于干擾的隨機(jī)化而言，小區(qū)專屬交織和小區(qū)專屬加擾可以達(dá)到相同的系統(tǒng)性能。

圖2小區(qū)專屬交織

2.2干擾刪除

干擾刪除的想法最初是在CDMA系統(tǒng)中提出，可以將干擾小區(qū)的信號(hào)解調(diào)、解碼，然后將來自該小區(qū)的干擾重構(gòu)、刪除。LTE雖然采用0FDMA的接人方式，仍然引入了干擾刪除的概念。小區(qū)間干擾刪除的實(shí)現(xiàn)方法主要有以下2種。

a)利用在接收端的多天線空間抑制方法來進(jìn)行干擾刪除，相關(guān)的檢測算法在多輸入多輸出(M1— MO)的研究中已經(jīng)被廣泛采用。

b)基于檢N/刪除的方法。典型的如采用交織多址(IDMA)刪除小區(qū)間的干擾，IDMA可以通過偽隨機(jī)交織器產(chǎn)生不同的交織圖案，并分配給不同的小區(qū)，接收機(jī)采用不同的交織圖案解交織，即可將目標(biāo)信號(hào)和干擾信號(hào)分別解出，然后在總的接收信號(hào)中減去干擾信號(hào)，進(jìn)而有效地提高接收信號(hào)的信干技術(shù)介紹及比較噪比。

另外，在LTE的下行傳輸中.可以通過不同方式來獲得干擾信號(hào)的信息。刪除Node B間干擾時(shí)，可以通過檢測UE端的干擾控制信號(hào)來獲得干擾信號(hào)的信息;刪除扇區(qū)間干擾時(shí)，Node B直接使用自己的控制信道向UE發(fā)送干擾信號(hào)的信息。顯然，接收機(jī)獲取的干擾信號(hào)信息越多，干擾刪除的性能越好。

小區(qū)間干擾刪除的優(yōu)勢在于，對小區(qū)邊緣的頻率資源沒有限制，相鄰小區(qū)即使在小區(qū)邊緣也可以使用相同的頻率資源，可以獲得更高的小區(qū)邊緣頻譜效率和總頻譜效率。局限在于小區(qū)間必須保持同步，目標(biāo)小區(qū)必須知道干擾小區(qū)的導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)，以對干擾信號(hào)進(jìn)行信道估計(jì)。對于要進(jìn)行小區(qū)間干擾刪除的用戶，必須給其分配相同的頻率資源。

2.3干擾協(xié)調(diào)/避免

對于0FDMA的接入方式。小區(qū)中心的用戶由于既不會(huì)受到本小區(qū)用戶的干擾.來自外小區(qū)的干擾源距離又比較遠(yuǎn)，所以可以達(dá)到比較好的接收效果。而對于小區(qū)邊緣的用戶受到的外小區(qū)干擾則比較嚴(yán)重。

干擾協(xié)調(diào)，避免的核心思想是通過小區(qū)間的協(xié)調(diào)對一個(gè)小區(qū)的可用資源進(jìn)行某種限制，以減少本小區(qū)對相鄰小區(qū)的干擾，提高相鄰小區(qū)在這些資源上的信噪比以及小區(qū)邊緣的數(shù)據(jù)速率和覆蓋。業(yè)界提出了很多干擾協(xié)調(diào)/避免的方法，本文將介紹一種被普遍認(rèn)可的軟頻率復(fù)用方案。

在此方案中，每個(gè)小區(qū)中的子載波被分為兩組.一組稱為主子載波，另一組稱為輔子載波。主子載波可以在全部小區(qū)范圍內(nèi)使用，而輔子載波只可以使用在小區(qū)的中心區(qū)域(見圖3)。這樣對于子載波的分配方式可以使得相鄰小區(qū)邊界使用的子載波均相

圖3軟頻率復(fù)用示意圖

互正交，使用相同頻率子載波的用戶距離足夠遠(yuǎn).從而有效地避免或減小相鄰小區(qū)在邊緣的用戶的同頻干擾。對于小區(qū)中心的用戶.由于其本身距離基站較近.且收到外小區(qū)的干擾較小，所以可以采用比較低的功率進(jìn)行傳輸，而對于小區(qū)邊緣的用戶則恰好相反。所以一般情況下，主子載波允許的最大發(fā)射功率比輔子載波允許的最大發(fā)射功率高。在功率譜密度一定的情況下，分配給主子載波更多的功率意味著為主子載波分配了更寬的帶寬.輔子載波與主子載波的發(fā)射功率比可在0到1之間進(jìn)行調(diào)整，對應(yīng)的有效頻率復(fù)用系數(shù)則從3到1間變化。通過調(diào)整輔子載波和主子載波的功率比，軟頻率復(fù)用可以適應(yīng)每個(gè)小區(qū)的業(yè)務(wù)分布變化。當(dāng)高業(yè)務(wù)量發(fā)生在小區(qū)邊緣時(shí)，功率比設(shè)定為相對較小的值來獲得較高的小區(qū)邊緣吞吐量;相反，當(dāng)業(yè)務(wù)量主要集中在小區(qū)內(nèi)部時(shí).可以設(shè)置較大的功率比。

2.4幾種干擾抑制技術(shù)的比較

對上面介紹的幾種對于LTE系統(tǒng)的干擾抑制的方案進(jìn)行比較，可以看到，干擾隨機(jī)化繼續(xù)沿用 CDMA系統(tǒng)成熟的加擾技術(shù)，比較簡單可行.但面對的問題是將干擾視為白噪聲處理，可能會(huì)造成由于統(tǒng)計(jì)特性的不同而帶來的測量誤差。干擾刪除技術(shù)可以顯著改善小區(qū)邊緣的系統(tǒng)性能，獲得較高的頻譜效率，但是對于帶寬較小的業(yè)務(wù)(如VolP)則不太適用，在OFDMA系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)也比較復(fù)雜.后續(xù)對它的研究不多。干擾協(xié)調(diào)/避免則是目前研究的一項(xiàng)熱門技術(shù)，其實(shí)現(xiàn)簡單，可以應(yīng)用于各種帶寬的業(yè)務(wù).并且對于干擾抑制有很好的效果，適合于OFDMA 這種特定的接人方式，但是在提高小區(qū)邊緣用戶性能的同時(shí)帶來了小區(qū)整體吞吐量的損失。以上3種小區(qū)間的干擾抑制方法可以相互結(jié)合，相互補(bǔ)充，以獲得更高的系統(tǒng)增益。

3　結(jié)束語

LTE系統(tǒng)對頻譜效率的要求很高.由此產(chǎn)生的小區(qū)間干擾問題是影響系統(tǒng)性能的重要問題.干擾隨機(jī)化，干擾消除和干擾協(xié)調(diào)/避免作為有效的小區(qū)間干擾抑制技術(shù)，將會(huì)大大提高3GLTE系統(tǒng)的性能，特別是提高小區(qū)邊緣用戶的性能。

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