LTE干扰协调技术专题李勇

1、LTE第一章、现状CDMA系统，LTE系统解LTE系统中采用正交频分复用传输技术，各子载波之间是正交的。相对决了小区内部的干扰，但作为代价，LTE系统小区之间皿比CDMA系统更加严重。为了降低小区间的干扰，可以采用频率复用的方法。高的频率复用系数可以有效地抑制小区间干扰却大大降低。然而，未来的宽带移动通信系统对频谱利用率提出很高的要求提下，如何有效地抑制小区间干扰已成为业界研究的焦点。因此，研究如何抑制间干扰具有十分重要的意义。目前正在研究的LTE系统干扰抑制技术包括小区间干扰随机皿小区间干扰消除(ICICancellation)和小区间干扰协皿，但频谱利用率，在保证频谱利用率的前LTE系统中

2、的小区ICIRandomization)、ICICoordination)。这三种技术都能够在一定程度上降低小区间的干扰，但干扰协调技术被认为是最有效和可实现性最高的技术，也是目本文将主要给大家介绍了几种典型的干扰协调技术，并通过经典方前各公司和研究组织研究的焦点。案展示这些技术在现阶段的运用。第二章、干扰协调控制原理小区间干扰协调的方法很多，但基本的原理都是对下行资源管理设置一定的限制，以协调多个小区的动作，避免产生严重的小区间干扰。这种限制可以是对频率资源调度的限制，即避免干扰小区使用可能造成干扰的频率资源，也可以是对某个频率资源内发射功率的限制，如控制干扰小区在可能造成干扰的频率资源内的

3、发射功率。这种限制可能是改进接收机的接收载干比(C/I)，从而改进服务小区边缘的数据率和覆盖情况。对频率资源调度的限制，可以看作一种“软频率复用”；对发射功率的限制，可以看作一种“部分功率控制”结合小区间实际情况来统一调度频率与功率资源可以认为是“系统调度控制”。下面将一一介绍这三种基本控制原理。2.1频率复用2.1.1软频率复用如果将干扰协调和传统频率复用进行对比，则可以将干扰协调看作一种“分数频率复用”(FractionalFrequencyReuse)或“软频率复用”。干扰协调实际上是通过有限制的频域调度来实现的。如图所示，按照常理，eNodeB对小区中心的终端采用较低的功率发射，因此可

4、以认为在这些频带上的信号能量能够较好地被限制在小区内部，而不会对相邻小区造成明显干扰。而对小区边缘的终端，eNodeB需要采用较高的功率发射，因此其信号能量很可能软频率复用的原理就是允许小区中心的用eNodeB发射功率较小；而对小区边缘的用户只允许它们按照频率复用规则使用一部分频率资源，相应频带上的2-1所示，可以将整个系统的频率源分为三段，eNodeB发射功率较大。如图小区1的边缘只使用第一段频率，小区2、4、6的边缘只使用第二频率，小区3、5、7的边缘只使用第三段频率。这样就相当于对小区中心采用复用为1的频率复用，而对小区边缘采用复用为3的频率复用，复用系数介于1和3之间，通常是一个分数，

5、因此这种频率复用方式称为其结果是整个系统的“分数复用”或“软复用”图2-1软频率复用方案2.1.2频率预留在实际的通信系统中，各小区的负载情况以及用户在小区内的分布情况都是随时变化的。各小区边缘用户可用的频率资源有限，当小区边缘负载超过一定限度后，部分边缘用户将没有可用的频率资源，从而导致边缘用户性能急剧恶化。为了解决边缘用户性能恶化的问题，我们在做频谱划分时。每个小区可用的边缘频率可划分为基本的和预留的两个部分。在为低边缘负载小区分配频率资源块时，优先分配基本的边缘频率资源块，小区的预留边缘频率资源块基本上都是未使用的。因此，低边缘负载的小区集合可借用的频率资源块数量较多，满足了高边缘负载小

6、区对资源块的需求。此外，该频率资源块借用算法具有计算复杂度低，实现简单的特点。因为低边缘负载小区只允许将其预留边缘资源块借用出去，当计算低边缘负载小区哪些频率资源块可借出时，只需计算预留频率资源是否空闲即可，从而降低了借用算法的计算复杂度，也很容易于实现。2.2部分功率控制能够取得与软频率复用类似的干扰协调效果的方法是区使用和相邻小区不同的频率资源，可以采用全功率发射：如果一个小区使用了和相邻小区重叠的频率资源，则必须限制发射功率。传统的完全功率控制，只是根据每个“部分功率控制”。即如果一个小UE的需要调整发射功率，直到达到一个期望的SINR值。但是从抑制小区间干扰、优化系统整体小区边缘性能的

7、角度考虑，这样的策略并不一定适当。因为如果一个UE使用的频带和相邻小区延伸到小区边界，而对相邻小区造成严重的干扰。户自由使用所有频率资源，相应频带上的使用的频带重合，随意地提高该频带的发射功率很可能是“照颐了局部利益，损害了整体利益”。因此对可能造成小区间干扰的“敏感频带”，应该适当降低期望值”，只进行适度的功控。这样，虽然单个UE的接收SINR可能受到损失，但整体的系统容量却可以提高。2.3系统调度控制无论采用频域调度还是功率控制的方式实现小区间干扰协调，都必须基于UE的测量和上报，有可能还需要依赖eNode之间的信息交互。这些也是是否能有效地实现干扰协调的关键因素。系统调度控制在通信系统中

8、实现上可以分为集中式和分布式两种形式。集中式系统调度控制假设通信网络中存在一种网络中心设备，它拥有整个网络的信息。该中心设备根据整个网络信息，例如所有用户的信道信息以及用户间的相互干扰，统筹地进行子载波和功率的分配。然而，LTE系统具有扁平化的网络结构，网络中不存在拥有全局信息的中心设备，因此系统中的系统调度控制多采用分布式形式，这也是目前研究的焦点。第三章、干扰协调具体方案根据上述干扰协调基本原理并通过不同的频谱、功率、调度资源分配方法和其他技术支撑，干扰协调技术可以分为静态干扰协调、自适应干扰协调和联合干扰协调。静态干扰协调是通过软频率复用和部分功率控制的组合来进行小区干扰协调，自适应干扰

9、协调是通过预先设计好小区频谱、功率，然后通过系统算法实时验证是否合理，并及时作出调整。联合干扰协调则是通过传统的干扰协调与分集技术通过多点协作来实现改善边缘和平均扇区吞吐量的技术。3.1静态干扰协调方案静态干扰协调指的是小区用户可以使用的频谱资源预先划分好，再按照一定的调度原则分配给各用户使用。不同的频谱划分与分配方案表现出不同的小区间干扰和系统性能。目前业内运用较广的是软频率复用技术方案。软频率复用(SoftFrequencyReuse)是传统频率复用(FrequencyReuse)技术的进一步发展。与传统频率复用技术不同的是，在软频率复1到N之间平滑过渡。用技术当中，一个频率在一个小区当中

10、不再定义为用或者不用，而是用发射功率门限的方式定义该频率在多大程度上被使用，系统的等效频率复用因子可以在3.1.1方案描述软频率复用技术方案是根据用户距离小区基站的距离或用户信干噪比门限将每个小区内的用户分为中心用户和边缘用户。SFR方案将3个小区划分为一个小区簇，簇中每个小区边缘分配到的频谱资源数为整个频谱资源的1/3，从而其频率复用因子为3，相邻小区边缘(2)中心用户对相邻小区的干扰较小，从而没有频谱资源使用上的限制，可以使用整个频谱资源。对其干扰较因为小区分配到的频谱资源始终是不重叠的。由于边缘用户到相邻其它小区的基站较近，大，所以这种频谱划分方案的最大优点是降低了相邻小区边缘用户间的同

11、频干扰。(2)其频谱划分与分配如图3-1所示：(2)(2)图3-1软频率复用方案频谱划分为了更好地保证小区边缘用户性能并降低中心用户对相邻小区的干扰，还对小区用户的发射功率进行了规定，小区簇中第率/上的发射功率分别为：软频率复用方案个小区边缘用户和中心用户时刻/在频Pi边(f，t)=PmaxfFi(1)(2)(2)巧中任巧上述两个公式中，Pmax表示用户的最大发射功率，a(0,1)。Fi为小区第i个边缘用户3-2所示：可用的频谱资源。方案中各小区在不同频谱上的发射功率如图图3-2软频率复用方案各小区在不同频谱的发射功率邻小区用户的干扰，尤其是从发射功率的设置上可以看出，小区中心用户以较低的功率

12、发射，小区边缘用户以较高的功率发射。因为中心用户离小区基站较近，信道条件好，以较低的发射功率就可以达到一定的性能。此外，中心用户以较低功率发射，降低了对相对相邻小区边缘用户的干扰。然而，小区边缘用户离基站较远，信道条件差，只有通过较高的发射功率才能保证其性能。3.1.2方案总结软频率复用技术方案可以明显地降低用户间的干扰，尤其是边缘用户间的干扰，从而使得小区边缘用户的性能得到了较大幅度的提高。然而，软频率复用技术方案方案有两个显著的缺点，一是小区边缘的频谱利用率较低，限制了小区边缘的性能。二是小区频谱资源采用固定的划分方式，不能够适应各小区负载的变化，从而难以得到稳定的用户性能，一定程度上限制

13、了该方案的实际应用。3.2自适应干扰协调方案针对静态干扰协调因固定的频谱资源分配而无法适应负载变化的问题。业内提出了动态的自适应干扰协调方案。自适应干扰协调方案能够根据小区边缘负载的变化及时地调整频谱资源的分配，并采用发送功率等级来控制覆盖率的大小，从而提高对小区负载变化的适应性。3.2.1方案描述自适应干扰协调方案中，有很多种模式，如图3-3所示举例了4种固定的模式。如下：模式1频率复用因子为1。模式2采用软频率复用，整个频段被分成高功率和低功率两部分，其中较低的功率是较髙功率的1/2。通过部分功率控制减少系统内干扰，提高系统性能和效率。模式3和2比较相似，也是采用软频率复用，整个频段被分成

14、高功率和低功率两部分，其中较低的功率是较高功率的1/4。4.模式4频率复用因子为1/3。在局部形成一个复用因子为1/3软频率复用方案，降低干扰，从而保障用户的业务需求。ModelMode：ModelPirnrPwnrP6wdfFraqwpiyFnquwKyFwiuiMyFtwquafKji图3-3ODDFFR模式自适应干扰协调方案基站可以使用设定好的算法标准来决定是否切换至更高级的模式。的过程，可以认为包括以下几个步骤：1每个基站由模式1开始，通过UE上报的反馈信息来跟踪覆盖问题。2.如果基站处于模式1，检测到问题（比如小区内等待接收数据的用户个数超过了一定门限），那么基站切换到模式2并且发送

15、一个信息给相邻节点表中的成员，令其使用至少模式2。如果某个邻居已经使用模式2或者更高的等级，那么不需要进行切换。3动态建立相邻基站表。为了简化基站间的信息交互，本章的仿真只完成相邻的三个小区之间的协作，可以省略这一步，默认该表中存储地理位置上相邻的两个小区。4基站转换为另一种模式，同时发送一个确认信号给请求的基站，并将新模式信息发给表中邻居。5若基站处于模式2（或更高的模式）检测到不再存在覆盖问题（比如，用户信号强度高于运行在该高级别模式所需要的强度），基站发送信息给它的邻居说明它更倾向的模式。若它的邻居要求的模式都是小于或等于该模式，那么它能降低至该低级模式。6每个模式的覆盖率逐渐增加，频谱

16、利用率逐渐减小。7各种FFR模式中，较低的功率分配给靠近小区中心的用户，较高的功率可以分配给小区中心或边缘的用户。3.2.2方案总结自适应干扰协调方案的宗旨就是为了满足系统业务的需求，制定合适的准则，实时地在不同模式间进行切换。令系统在每过相同的一段时间检测一次，决定是否切换模式，系统的初始模式默认为1，然后在系统检测中根据实际需求切换到合适的模式上。在实际运用中，可以根据业务需求，改变切换准则，使系统运行的模式更好地适应当前的需求。从而提高系统效率。3.3联合干扰协调方案在对LTE抗干扰的各项新技术的研究中，多点协作作为一种能有效改善边缘和平均扇区吞吐量的技术受到广泛关注。多点协作可以分为两

17、类：协调调度波束成形(CBF)和联合传输(JP)。其中CBF指的是基站之间通过对移动台(UE)的联合调度或者波束成形来减小小区间的共道干扰；而JP指的是多个基站间通过相干或者非相干的预编码方式同时给相同的用户发射数据，这样在减小小区间共道干扰的同时还能够提供额外的分集或者复用增益。作为JP的一种最常见的实现方式，宏分集技术具有复杂度低，开销小等特点。因此，在软频率复用的基础上，通过干扰协调技术和宏分集技术的联合应用对减小系统内干扰有显著的作用。3.3.1宏分基本概念在移动环境中，通过不同途径所接收到的多个信号衰落情况是不同的，衰落是独立的。设其中某一接收信号分量的强度低于检测门限的概率为P,则

18、所有M个信号分量的强度都低于检测门限的概率远远低于P。综合利用各信号分量，就有可能明显地改善接收信号的质量，这是分集技术的基本思想。移动无线信号的衰落包括了两个方面：一个来自因地形地物造成的阴影衰落，它使接收信号平均功率在一个比较长的空间或时间内发生波动，这是一种宏观的信号衰落；而多径传播使得信号在一个短距离或短时间内信号强度发生急剧的变化(信号平均功率不变)，这是一种微观衰落。针对这两种不同的衰落，常用的分集技术可以分为宏分集和微分集。宏分集技术就是移动台可以同时与多个基站进行连接，且认为每个连接具有不同的阴影衰落特性。将在每个连接中获得的信息进行合并，在某种程度上可以降低阴影衰落带来的影响

19、。宏分集增益意味着移动台只需从每个基站接收较少的功率即可恢复数据，而对于只与一个基站进行通信的情况，移动台需要接收更多的功率。CellE(b)宏分集(a)传竦转输图3-4两种传输方式上图3-4以两个基站为例，分别描述了未进行协作通信的传统传输和进行宏分集的联合传输两种不同的传输方式。其中，未进行协作通信的传统传输模式如图34(a)所示，Cello给用户UE发射信号so。同时相邻小区Cell在相同的时频信道上给UE发射信号Sl,那么UE接收到的数据既包含了Cell。的有用数据，又包含了Cell1的干扰信息，假设Cell。与Cell到UEC的信道分别用ho和h表示，则UE最终接收到信号可以表示为：

20、r=sh+sh+n001131其中第一项s0h0为有用的数据信号，第二项s为来自Cell的共道干扰，第三项为高斯白噪声。进行宏分集的联合传输方式如图34(b)所示，在该方式下，服务小区Cell0与协作小区Cel在同一个时频信道上给相同的用户UE。发送相同的数据s0,仍然假设Cell。与Cell到UE。的信道分别用ho和h，则UEQ接收到的最终数据为：r=soho+sohi+n32由式32可以看出，该传输方式可以获得相应的分集增益，适用于信道条件不佳的小区边缘用户，以提高小区的边缘吞吐量和小区覆盖率。该方式的缺点是需要给宏分集预留部分频谱资源，由此降低了小区的平均频谱利用率。宏分集所设置的基站数

21、可以不止一个，视需要而定。LTE中将一个基站所在的小区划分为三个独立的扇区，使用定向天线发射信号，并且引入多点协作和联合传输的概念。联合传输指的是多个基站间通过相干或者非相干的预编码方式同时给相同的用户发射数据，这样在减小小区间共道干扰的同时还能够提供额外的分集或者复用增益。联合传输技术的实现一般需要协作的节点之间共享数据，并且对发射机的同步发射提出了很高的要求，由此将带来设备复杂度提升和信令开销的增加。而宏分集技术作为联合传输的一种实现方式，它既不需要用户之间共享信道信息，也不需要节点之间集中进行预编码，相对较低的实现复杂性与系统幵销让该技术广泛应用。3.3.2合作集的划分LTE标准中提出了

22、基站间协作和基站内协作两个概念，可以用下图来表示。三个相邻小区用Node-BI、Node-B2和Node-B3来表示。每个小区划分为三个扇区，分别为NB11，NB12,NB13、NB21,NB22，NB23和NB31，NB32,NB33。如图3-5(a)所示，选择NB13，NB21,NB32作为一个合作集，由于联合传输是在相邻基站间进行，因此称为基站间协作。图3-5(b)中选择NB21，NB22，NB23作为合作集，由于联合传输是在一个基站内进行，因此称为基站内协作。3.3.3基于软频率复用的宏分集方案本章在进行软频率复用的基础上，对两种宏分集方案进行研究。3.3.3.1固定的宏分集方案与服R

23、B数为M,固定分配m个给RB3、RB4分配给NB21用户；固定的宏分集方案中，合作集内除了服务扇区的另外两个扇区同时作为协作扇区，务扇区共同进行三个节点宏分集传输。该方案中RB的分配如图36所示，合作集内每个扇区总的宏分集使用。图中假设m=6,其中RBI、RB2分配给NB13用户：RB5、RB6分配给NB32用户。剩余M-m个RB各扇区内传统传输方式使用。UE以图3-5Da)基站间协作为例说明采用该方案时NB13内用户UE选择传输方式的步骤：根据UE与基站的距离确定它属于中心或边缘用户，计算采用软频率复用方案时的SINRSINRh断是否成立(SINRth设定的阈值)。判断NB13中RB1或RB

24、2是否没有被占用。3.若同时满足上述两个条件，则已经被占用，RB2空闲，三个扇区同时将软频率复用方案给RB2分配功率：NB21、NB32与NB13进行宏分集传输。假设此时RB1RB2分配给UE。若UE为边缘用户，各个扇区按照NB13中RB2以边缘发射功率发射，NB21和NB32中RB2以中心发射功率发射；同理可得UE为中心用户时各扇区RB2的发射功率。4若不能同时满足条件(1)和(2),UE采用传统传输方式，进行软频率复用。图3-6固定的宏分集方案RB分配上图36固定的宏分集方案中，若UE0满足宏分集传输的条件，且主要受到的共道干扰，NB32对它千扰不大时，三个扇区同时进行宏分集，不明显。NB

25、21对它NB32对UE的分集增益并3.3.3.2自适应宏分集方案为了更充分地利用频谱资源，自适应的宏分集方案中根据用户受干扰情况，在合作集内除了服务扇区外另选一个或两个协作扇区进行宏分集传输。如下图3-7所示，合作集内每个扇区给宏分集和传统传输分配的RB与上节相同。以图3-5(a)基站间协作为例说明采用该方案时NB13内用户UE选择传输方式的步骒：UE0与基站的距离确定它属于中心或边缘用户，计算软频率复用方案中根据SINR,判断SINRSINRh否成立。判断NB13中RB1或RB2是否没有被占用。3.若同时满足条件和(2),且IINB21-IINB321分集传输，其中NB21和NB32分别表示软频率复用方案中/*,为设定的阈值。假设此时RB1空闲，三个扇区同时将方案中心和边缘发射功率的配置，各个扇区分别给4.若同时满足条件(1)和(2),且IINB21-INB13进行宏分集传输被占用，RB2空闲，,若INB21RB2分配给NB21与根据软频率复用方案中心和边缘发射功率的配置，各个扇区分别给5.若不能同时满足条件(1)和UE0的叶则NB21、NB32与NB13进行宏NB21和NB32对UE0的共道干扰，分配给UE。根据软频率复用RB1RB1分配功率。IDINB32thr,则选择干扰较大的扇区与