LTE小区间干扰抑制技术及其工程实践通信工程专业论文

-__LTE小区间干扰抑制技术_______________及其工程实践_________摘要LTE系统通常使用相同的高频滞后现象，这大大增加了频谱利用的频率，因为我使用的是上下梯队。多用途的SC-FDMA和OFFMA技术正在出现，在频率范围内，相互交叉的实体也在出现，这必然会造成微观区域之间的干扰问题。因此，为了实现LTE较高的传输速率和提高边缘用户服务质量的目标，就需要采取有效的措施来抑制小区间的干扰，LTE微区干扰抑制技术已成为移动通信研究的一个重要领域，各种干扰抑制技术也得以有了重大的进步。本文将主要对三种小区间的干扰抑制技术进行研究，首先对LTE技术的发展进行了解并掌握小区间干扰的来源；然后分析了主要的技术和关键的LTE，如管理和分配无线人力资源和物理资源的LTE，多用途技术。OFFM和MIMO技术；通过对这些知识的详细了解，因此，认识到知识和小区间干扰抑制技术之间的链接，然后研究小区间干扰抑制技术。分析了实现三种干扰抑制技术的技术原理和方法。最后，根据不同的资源协调模式，对LTE小区间干扰协调技术的关键研究可分为静态，半静态和动态，具体的实现方案也有多种，而目前使用最多且研究最广的是软频率复用技术，通过分析其具体实现的爱立信方案和对工程实践案例的研究，来了解LTE小区间干扰协调技术的实际应用情况。

ABSTRACTInLTEsystems,thesamefrequencynetworkisgenerallyadopted.Astheupstreamanddownstreamlinksadoptsc-fdmamultipleaccesstechnologyandOFDMAmultipleaccesstechnology,orthogonalsubcarriersareusedinthefrequencydomain,whichgreatlyimprovesthespectrumutilization,butinevitablycausesinterferenceproblemsbetweencells.Therefore,inordertoachievetheLTEhightransmissionrateandimprovethequalityofedgeuserservicegoals,itneedstotakeeffectivemeasurestosuppresstheinterferencebetweenzones,LTEbetweenneighborhoodinterferencesuppressiontechnologyhasbecomeanimportantresearchdirection,withthedevelopmentofmobilecommunicationtechnology,variouskindsofinterferencesuppressiontechnologyisalsotohaveabigprogress.Thispaperwillmainlystudythreekindsofinterferencesuppressiontechnologiesbetweencells.Firstly,thedevelopmentofLTEtechnologywillbeunderstoodandthesourceofinterferencebetweencellswillbemastered.ThenthebasicprinciplesandkeytechnologiesofLTEareanalyzed,suchaswirelessframestructureofLTEandtheschedulingandallocationofphysicalresources,OFDMmulti-accesstechnologyandMIMOtechnology.Basedonthedetailedunderstandingoftheknowledge,soastorealizetheknowledgeandinterferencesuppressiontechnologyassociationandinfluencebetweenzones,andagainbetweenneighborhoodinterferencesuppressiontechnology,analysistheprincipleandimplementationtechniquesofthreekindsofinterferencesuppressiontechnology,haveaneighborhoodinterferencebetweenrandomization,interferenceeliminationbetweenzones,threekindsofneighborhoodinterferencecoordinationbetweentechnology;FinallybasedonLTEinterferencecoordinationbetweenzonestechnologyresearch,accordingtothedifferentmethodsofresourcescoordinationcanbedividedintostatic,andstaticanddynamicthree,theconcreteimplementationschemealsohasavarietyof,andthemostusedandstudyisoneofthemostwidelysoftfrequencyreusetechnology,throughtheanalysisofthespecificimplementationofEricssonschemeandthestudyofengineeringpracticecase,tounderstandthepracticalapplicationofLTEinterferencecoordinationbetweenzonestechnology.【Keywords】LTEInter-cellinterferencesuppressionICICSFR目录HYPERLINK前言………………1HYPERLINK第一章移动通信系统概述………………………2HYPERLINK第一节移动通信的发展历史及趋势…………2HYPERLINK第二节LTE简介………………3HYPERLINK一、LTE的出现…………………3HYPERLINK二、LTE的目标…………………4HYPERLINK三、LTE的干扰分析……………4HYPERLINK四、LTE干扰抑制技术研究现状………………6HYPERLINK第三节本章小结………………6HYPERLINK第二章LTE的基本原理和关键技术…………….7HYPERLINK第一节LTE网络架构…………7HYPERLINK第二节LTE的无线帧结构与物理资源………8HYPERLINK一、LTE的无线帧结构…………8HYPERLINK二、LTE的物理资源分配调度…………………9HYPERLINK第三节LTE关键技术…………11HYPERLINK一、OFDM多址技术…………11HYPERLINK二、MIMO技术………………13HYPERLINK第四节本章小结………………13HYPERLINK第三章LTE小区间的干扰抑制技术……………14HYPERLINK第一节干扰抑制原理…………14HYPERLINK第二节小区间干扰随机化技术………………14HYPERLINK一、小区特定的加扰（Scrambling）……………15HYPERLINK二、小区特定的交织（Interleaving）…………15HYPERLINK第三节小区间干扰消除技术…………………16HYPERLINK一、干扰抑制合并技术………………………16HYPERLINK二、基于干扰重构/减去的干扰消除技术……………………16HYPERLINK第四节小区间干扰协调技术…………………17HYPERLINK一、三种小区间干扰协调方式………………17HYPERLINK二、ICIC技术的具体实现方案………………19HYPERLINK第五节三种小区间干扰抑制技术的比较……………………20HYPERLINK第六节本章小结………………21HYPERLINK第四章基于软频率复用技术的工程设计案例…………………22HYPERLINK第一节华为方案………………22HYPERLINK第二节西门子方案……………23HYPERLINK第三节爱立信方案……………24HYPERLINK一、小区用户吞吐量计算……………………25HYPERLINK二、小区用户功率分配………………………26HYPERLINK第四节爱立信方案工程实践案例…………26HYPERLINK第五节本章小结………………29HYPERLINK结论…………………………30HYPERLINK致谢…………………………31HYPERLINK参考文献…………………………32HYPERLINK附录…………………………34HYPERLINK一、英文原文…………………34HYPERLINK二、英文翻译…………………39前言自上世纪70年代末以来，第一代移动通信系统（1G）与模拟蜂窝通信，第二代移动通信系统与数字蜂窝通信（2G），第三代移动通信系统（3G）侧重于数据通信活动，而第四代移动通信系统（4G）则完全互联网化，目前，商用2G，3G和4G移动网络共存以满足不同用户的不同业务需求。在21世纪初，移动通信技术的发展增加了对移动通信内容和质量的需求。LTE作为新一代移动通信技术的演进被正式提出，LTE的目标是获得更高的数据传输速率，更低的时延，提高系统容量和覆盖范围，以及较低的成本REF_Ref6654074\r\h[5]。为了实现这一目标，LTE使用正交频分多址（OFFMA），使小区的用户能够通过交叉获取信息。在这方面，尽管在小区间的用户之间有效地避免了干扰，但由于这些用户之间的频谱资源有限，但是它们之间还是可能会出现严重的异常干扰现象。因此，为了满足LTE要求，去除小区间干扰成为亟待解决的问题。LTE技术的制定者3GPP组织和通信行业的各界曾提出过多种干扰抑制技术，但依然不能很好解决这个问题，因此本文将对LTE中小区间的干扰抑制技术进行研究。在论文中将逐步介绍移动通信的发展、LTE的出现背景、LTE的干扰分析、LTE的基本原理和关键技术、LTE小区间三种干扰抑制技术及其工程实践案例。LTE的关键技术有OFDM技术和MIMO技术。LTE小区间的干扰抑制技术是本文的重点，主要有小区间干扰随机、小区间干扰消除和小区间干扰协调三种技术，小区间干扰协调是实现较为简单且实用的一种，而其中又以基于软频率复用的的干扰协调技术是最为热门的一种，是许多干扰协调技术的基础。与之相对应的工程案例有华为方案、爱立信方案和西门子案例。第一章移动通信系统概述第一节移动通信的发展历史及趋势移动通信是指至少通信的一方当事人的终端能够移动的方式，目前，人们普遍认为1897年是人与人之间移动通信的第一年，随着今年无线电通信实验的完成，随着无线技术的出现，移动通信诞生了，从原有的专用移动通信系统到通用移动通信服务，先进的移动电话系统和信息和通信技术促进发展,每一个阶段的发展都伴随着新技术的不断产生。而按技术的发展层面上来说，又可以将蜂窝移动通信系统的发展分为以下几个阶段。从七十年代中期到八十年代中期，它是第一代移动蜂窝通信系统的进展阶段，简称1G。其主要代表有1971年在美国商用的AMPS系统、1979年在日本推出的HAMTS与JTAGS、1981年在北欧商用的NMT和1983在英国商用的TACS系统等，这些系统的主要特点是FM的话音调制方式、FSK的信令调制方式和FDMA的多址方式，虽然在该阶段这些系统取得了很多技术上的突破，但也存在许多问题，如频谱利用率低、通话话音质量低、移动设备复杂、容量有限以及无法提供数字业务等，然而正是因为这些缺点，促使着蜂窝移动通信系统一步步的发展。20世纪80年代中期至20世纪末，随着数字技术的发展，通信、信息领域开始了全面的数字化、宽带化的进程。在这种背景下，具有数字传输和TDMA和CDMA的第二代移动移动通信系统随着时代的需要成为核心技术，也就是说，2G的时代即将来临。与第一代模拟蜂窝通信系统不同，数字蜂窝移动通信系统有许多不同的方式，数字技术，如多地址模式，调制，音频编码，通道编码，集分法等，其数字无线传输频率高可以大大提高系统的容量。但是该系统也许很多不足之处，如通话语音质量较一代有很大的提升但依然离完美还有一段差距，也达不到移动多媒体业务的高数据传输速率的需求，且对于日益增长的用户规模和网络规模，数字蜂窝移动通信系统频率资源依旧不够使用。自21世纪开始，为满足广大用户对数据传输和宽带接入的需求，且随着WCDMA，CDMA2000和TD-SCDMA引入的第三代蜂窝移动通信展开如GPRS，EDGE和其他2.5G技术和3G标准的讨论，第三代移动移动通信系统（3G）已经实现了全球商业化，即与1G和2G相比，3G的带宽更广，不仅可以保证移动通信系统的安全性，而且还可以保证移动通信系统的安全性。全球范围的覆盖范围和全球无缝漫游，但也支持移动宽带多媒体服务（如图像传送、视频电话等）。然而，3G频谱的使用仍然很小，并且不能充分利用有价值的频谱资源，并且所支持的数据传输速率不够高，因这些不足，也促使了移动通信技术的快速发展，以满足未来多媒体业务的需求。从2005年起，3GPP组织开始着手对长期演进计划（LTE）的标准化制定工作，2009年，ITU在ITU-RWP5D组的第6次会议上收到了6项4G技术提案，并在2010年正式确定LTE-Advanced和802.16m作为4G国际标准候选技术提案，均包含时分双工（TDD）和频分双工（TDD）两种制式。由此，第四代蜂窝移动通信技术正式登上历史舞台，即4G时代开始。这一阶段的发展主要是为了满足人们日益增加的多元化的业务需求，不再是以前单调的语音或数字业务。4G系统的网络架构变得更扁平化，性能上速率更快，频谱利用率较前代更高，其最重要的特点是在物理层以OFDMA多址技术替代了3G中的CDMA多址技术。随着增强现实，虚拟现实，物联网等技术的诞生，对手机网络的需求不断增长，第五代移动通信技术的声音越来越大从不停止成长，然而，与前几年不同，第五代移动通信并不是一种单独和全新的无线接入技术，而是现有技术的演变。无线逻辑（包括2G、3G、4G和WiFi）以及关于其他一些综合解决办法的总称。在某种意义上，5G将是一个真正的综合网络。确保人和物之间，以及对象和对象之间的快速，安全和自由的通信。网络5G预计将在2020开始运行。第二节LTE简介一、LTE的出现随着移动通信技术和全球无线通信的不断发展，移动通信，宽带和IP的趋势已经被证明可以保持竞争力并在移动通信行业中占据主导地位，也为了与一些无线宽带技术如基于IEEE802.16e的WiMAX技术竞争，2004年11月，3GPP组织根据多家移动通信运营商，制造商和研究机构的要求，采用了“EvolvedUTRA和UTRAN”项目，并启动了3G的长期演进计划。二、LTE的目标LTE系统从诞生之日起目标就很明确，即建立一个能够获得高系统容量、高传输速率、低时延可演进的无线接入架构，最重要的是期望LTE才能够在20MHz频谱带宽下提供下行100Mbit/s与上行50Mbit/s的峰值速率，其具体目标如下REF_Ref6654397\r\h[6]REF_Ref6654772\r\h[8]：①光谱的灵活性：除了20兆赫的最大频带宽度外，还保持了1.4兆赫、3兆赫、5兆赫、10兆赫、15兆赫等频带宽度。②数据峰值速度：在20兆赫频率范围内100兆位/秒的峰值速度（5位/秒/赫兹）和上一行50兆位/秒的峰值速度（2.5位/秒/赫兹频谱效率）③系统支持基于优化低带宽用户的移动高速④机动性：在更高的速度（15-120公里/小时）下更好的性能，以保持120-350米/小时的网络运动（在某些范围内甚至应支持500公里/小时的速度）⑤提高单元边界的用户带宽⑥控制面延迟：空转时间小于100ms，静止时间小于50msLTE的干扰分析在蜂窝移动通信系统中，干扰可分为三类，即噪声、系统间干扰和系统内干扰REF_Ref6656822\r\h[3]。而系统内部干扰又可以分为小区内干扰和小区间干扰，下面分别介绍这几种干扰。（一）噪声LTE噪声可分为内部和外部噪声，取决于源。内部噪声主要是指收音机本身的噪声，其主要来源是在电子仪器中的蜂窝声和散弹声；而外部噪声可分为自然噪声和人为噪声，指的是接收机以外的非移动通信系统发出的电磁波信号。（二）系统间干扰系统之间的干扰主要包括无干扰干扰，阻塞干扰，互调干扰，相邻频率干扰等。（二）系统内干扰系统内干扰是指在通信系统内每个终端和发射机之间的干扰可以分为三种类型：同信道干扰，上行链路和下行链路干扰以及相邻信道中的干扰。1.小区内干扰由于LTE是采用OFDMA/SC-FDMA多址方式的系统，所有的子载波是正交的，用户通过使用不同的子载波来区分，也就是说，同一系统中的不同小区能够使用同样的频率资源服务小区内用户。但相互正交，相位偏移以及载波频率这些因素依旧会使子信道间存在一些干扰，不过利用无信号处理算法可以大幅降低，由此，小区内部用户之间干扰较小，可以忽略。2.小区间干扰（Inter-CellInterference，ICI)）类似地，由于在LTE系统中使用频率重用因子为1的蜂窝网络结构，即，两个相邻小区可以在相同的频率段工作，由于相邻小区，小区边缘的用户占用相同的载波资源。用户更有可能干扰它。干扰根据信号的传输方向，分为上行干扰和下行干扰，如下图1.1和图1.2所示。图1.1上行干扰图1.2下行干扰四、LTE干扰抑制技术研究现状为了解决与局部地区LTE干扰有关的严重问题，3GPP提出了一系列解决办法，而LTE系统则采用了诸如扩孔器等技术。由于高频频谱效率是LTE系统的目标，而传统频率则是传统频率，因此不能利用该区域来消除微观地区的干扰干扰。在这种情况下，必须考虑的是，在一段时间内，一个或多个微型区域可能会受到干扰。因此，从一开始就以各种形式研究和应用的微型地区干扰干扰抑制技术特别重要。但是，不管它们如何执行，它们的基本想法是如何处理和处理干扰信号。本文件讨论了三种主要类型：干扰定位技术、消除干扰的方法以及协调/避免干扰的方法虽然干涉和协调方法是研究中最受欢迎的方法之一，但很简单的原因是，干涉方法的基本含义是，使用频率压缩技术，确保邻近微型地区干扰源之间的最大距离，以便有效地消除干扰。第三节本章小结本章首先介绍了移动通信的历史，介绍了移动通信系统发展的每一个阶段都与基本技术和欠发达相关的背景，以及对下一代移动通信系统的趋势进行了分析；然后对LTE从LTE出现的背景到主要目标进行了简要介绍；最后重点分析了LTE中存在的各种干扰和干扰抑制技术的研究现状，小区间的干扰是着重需要解决的问题，因此小区间的干扰抑制技术就变得及其主要。第二章LTE的基本原理和关键技术第一节LTE网络架构众所周知，一个完整的移动通信系统应包含三部分：无线网、核心网和终端，而作为3G的长期演进技术LTE，它的网络架构如图2.1所示，网络由E-UTRAN（增强型无线接入网）和EPC（增强型分组核心网）组成，又称为EPS（增强型分组系统）REF_Ref6652087\r\h[1]。图2.1LTE的网络架构对比UMTS网络，LTE既有演进的一面，也有革命的一面，下面将分别介绍。第一，LTE核心网不在支持CS域（电路交换模式），仅支持PS域（分组交换业务），原有的语音业务LTE通过IMS系统实现VoIP业务。第二，LTE是全IP系统，在UE（用户设备）和分组数据网间建立无缝的IP链接。第三，主要的EPCLTE网络被划分为控制和用户，MME是一个控制级别的功能，主要是在通信方面，SGW是用户该接口主要涉及用户包的路由、过滤和传输。第四，在E-UTRAN中，只有一种网元，不在具有RNC物理实体，而是将无线资源管理等功能集中到NodeB中成为eNodeB，使得网元数目减少，实现了无线访问网络架构的扁平化，从而使得网络部署和设备维护变得更为简单，也便于开展更多业务。第二节LTE的无线帧结构与物理资源一、LTE的无线帧结构LTE在空中接口上支持两种不同的帧结构：帧格式1和帧格式2REF_Ref6654397\r\h[6]，以此来对应的FDD和TDD两种双工方式。一个LTE帧对应一个无线帧，两种格式的帧在时域上的长度均为10msREF_Ref6657332\r\h[13]。在FDD中，无线电帧可以被划分为10个子帧，每个子帧具有1ms的长度，并且每个子帧由0.5ms长的两个间隔组成，如图2.2所示：图2.2FDD帧结构图2.3TDD帧结构在TDD模式中，TDD具有比FDD帧结构更多的特殊半帧和子帧概念。无线电帧由两个5毫秒的半长帧组成。每个半帧仍然具有5ms的1ms子帧，但是子帧具有两种类型的正常子帧和特殊子帧。如图2.3所示，前半帧由4个常规子帧和1个特殊子帧组成，其中＃1是特殊子帧，由DwPTS（下行链路导频时隙），GP（保护时段）和UpPTS组成。（上行链路导频保护时隙）由三个时隙组成，长度为1ms。二、LTE的物理资源分配调度与上一代蜂窝移动通信系统不同的是，LTE系统所调度的资源发生了变化。由原来的码域资源变成了频率资源和时间资源。在LTE系统传输数据时，LTE将PRB（PhysicalResourceBlock,物理资源块）作为物理资源单位进行调度与分配。图2.4PRB结构图如图2.4所示，一个PRB由多个RE（ResourceElement，资源粒子）构成，带宽为180千赫，时间长度为0.5毫秒，频率范围内连续12个载体，时间上连续7个符号，或6个符号，RE是最小的资源单元，RB（资源块）是业务信道资源单元，用于描述物理信道和BR之间的映射，CP（CyclicPrefix，循环前缀）是为了消除多径带来的干扰，保证子载波间正交性而存在的。在LTE系统中，没有专用信道来对资源进行调度分配，因此，资源的分配是通过共同渠道进行的，这些渠道可分为集中和分配的资源。而在资源分配的方式中，根据调整的频繁程度，又可分为动态资源分配、持续调度和半持续调度。其中，动态资源分配，也就是动态调度采用按需分配的原则，每一刻都必须分配快递命令；调度是指在没有命令的情况下，在一定时间内，按一定的分配方式分配。最后，半长期规划意味着结合前两个优势，使用静态运动的组合，按要求分配。而在LTE中，调度是由位于eNodeB的MAC层的调度器来完成的，又可以分为高空和底部的调度器，在调度器中，上行资源调度负责分配共同使用的上下通道的无线资源，并制定下一个计划。下面将分别介绍。（一）上行资源调度图2.5上行资源调度如图2.5所示，在上行资源调度里，上行调度器在eNodeB的一侧，而待传数据则暂存于UE上，UE需先向eNodeB发送上行调度请求，也帮缓存状态报告BSR，而位于eNodeB的上行调度器会根据UE所发送的各种内容进行判断，然后决定是否对UE调度所需的物理资源，接着通过物理下行控制信道（PDCCH）中的Grant信令把上行调度器所判断的结果发送给UE，UE再通过物理上行共享信道（PUSCH）传输数据到eNodeB。（二）下行资源调度下行资源调度的信令流程如图2.6所示，待传数据在eNodeB一侧。而通过动态调度的的方式，下行调度器可以物理资源的动态分配，如PRB到UE，然后通过PDCCH通道与适当的下一层物理控制下交付UE调度指令UE控制物理控制通道，并通过与更高通道的反馈测量下一步eNodeb控制频率的传输，而UE通过识别识别信令，当调度信令的对象是UE时，UE将会根据信令的信息在相应的资源块接受待传数据。其中，下行资源调度信令包括有信道质量报告（CQI）和下行调度控制信令。图2.6下行资源调度第三节LTE关键技术为了研究LTE系统中的小区间干扰抑制技术，首先就需要了解LTE系统的关键技术，如OFDM技术、MIMO技术、HAPQ技术和多维动态资源与链路适配技术等，下面将对FDMA多址技术和MIMO技术进行简要介绍。一、OFDM多址技术正交频分复用（OFDM）可以被认为是调制技术或多路复用技术，其是多载波传输系统的实现。它使用IFFT（快速傅里叶反变换）和FFT（快速傅里叶变换）来调制和解调信号，并将串行数字信号调为数不多。通过串行/并行转换对正交载流子的干扰，OFDM的发射流程如下图2.7所示。如图2.8所示，在传统的民防部队调制技术中，频谱的使用率较低，而在民防部队调制技术中，多波段载波相互作用，所有波长都相同，可以看得出来，频谱利用率高是OFDM技术的所有的优势之一。图2.7OFDM的发射流程图2.8OFDM正交性示意图在LTE系统中，由于对频谱效率的高要求，大多数提供商使用基于OFDM的正交正交频分多址来支持下行链路，而出于对PAPR峰值/平均功率比的考虑，在上行链路采用单载波频分多址，与OFDM技术不同的是，用户的移动终端发射信号在经过子载波映射之前插入了一个DFT环节，以此能够有效降低PAPR，而更低的PAPR可以使移动终端在发送功效方面有更大的好处，而且可以延长电池使用的时间。二、MIMO技术和以往的移动通信系统相比，LTE的设计是为了提高传输速度和光谱效率，因此，MIMO技术作为可以提升吞吐量和数据传输速率等特性的最佳技术被应用。利用多天线来抑制信道衰落MIMO是一种多天线技术，其基本特征是在发射端和接收端都采用多根天线用于收发的技术，多个天线可形成不同的信道，系统从中选择状况良好的信道进行通信，在不增加带宽的情况下，可以达到改善信号质量和提高传输速率的目的，进而提高了系统的性能。根据实现目的和方式的不同，MIMO技术可以分为空间复用、空间分集和波束赋形等类型REF_Ref6657131\r\h[12]。=1\*GB3①SM将传输的高频数据分成若干低速数据并恢复原始数据流，显着提高了系统的传输速度。=2\*GB3②SD在信号收发端采用多个天线发射/接收同一信号，比单天线具有更高的信噪比，提高了数据的可靠性。与上面的重用和分发方法不同。③BF是一种高方向性的光束覆盖，利用空间相关和波长干涉原理，使主射线阀能够引导有效的光束。从而改善了信号和噪声的有效范围和比例。第四节本章小结本章主要对LTE的网络架构，无线帧结构及物理资源和LTE的关键技术做了较详细的研究，首先介绍了LTE在网络架构中的演进和每个节点的功能实现。然后对分析了无线帧的结构和LTE的物理资源，最后阐述了LTE中的关键技术，详细介绍了OFDM技术和MIMO技术，正因为使用了这些技术，因此LTE与其他的无线通信系统有了很大的不同。第三章LTE小区间的干扰抑制技术第一节干扰抑制原理由前面两章的介绍可知，由于LTE采用的OFDM技术，小区中的用户信息被路由到不同的正交载波，从而可以从根本上忽略小区中的干扰。但同时，由于LTE系统是同频组网，将会带来较强的小区间干扰。可以这样理解，从地理位置上看，对于用户来说，基站离小区中心比较近，且相邻小区的信号距离较远，因此干扰较少，且噪声比较大；然而，小区边缘的用户是不同的：由于相邻小区可以占用相同的载波资源并远离基站，因此信号干扰比和噪声相对较低，另一方面，对小区外围用户的服务质量是平庸的。这就是为什么正是因为相邻小区的相邻用户使用相同的频率源，从而带来了较强的小区间干扰，因此，在LTE系统中，如何有效降低小区间干扰，提高边缘用户服务质量，小区间干扰抑制技术就显得尤为重要，而同样的，通过对时频资源的合理分配和功率的控制就成为了研究干扰抑制技术的主要方案。LTE研究侧重于三种抑制干扰的方法：控制小区干扰的技术、消除小区间干扰的方法，本章将对这三种技术进行较详细的研究。第二节小区间干扰随机化技术就使用LTE系统的通用报告格式而言，虽然邻近地区的干扰次数有限，但干扰强度不仅更高，而且大面积也更大。这是一个快速和难以量化的系统，但更容易使用数学统计方法来衡量干扰。干扰随机化技术是通过使用这些干扰的统计特性来抑制干扰的方法。该方法使“白噪声”中的干扰随机化，这可以消除干扰，因此可以称为“干扰白化”技术。干扰随机化方法主要分为两种。一、小区特定的加扰（Scrambling）在不同的小区，在通道编码和通道编织后，分别使用了当地伪随机干涉仪和进入小区的专用干涉仪，减轻干扰信号。在LTE系统中，仅使用504种类型的扰码来区分小区，因此不同的小区可以在通过小区A和小区B的编码器和交织器之后识别由它们发送的信息，如图3.1所示：特定于小区的加密技术使得用户设备可以通过允许相邻小区干扰来减少干扰来仅解码有用信息，这不仅不影响带宽，而且还提高了性能。图3.1小区特定加扰示意图二、小区特定的交织（Interleaving）小区特定交织技术又被称为交织多址接入技术REF_Ref6656335\r\h[11]，它既是一种干扰随机化技术也是一种干扰消除技术。它首次由香港城市大学的李平教授提出，与特定于小区的加扰技术在单用户检测条件下类似：在不同小区的信号已被信道编码之后，IDMA技术在信道上交织干扰信号，交织图案与小区ID一一对应，以获得干扰白化效果，如图3.2所示。在相距较远的两个小区间可以复用相同的交织图案，与蜂窝系统中的频分复用相似。另外，在IDMA技术中，还采用了多用户检测技术，可以通过多用户检测器迭代消除干扰，与小区特定加扰技术相比，能够更加有效的减少来自相邻小区的干扰.图3.2小区特定交织示意图第三节小区间干扰消除技术消除干扰的想法是第一次在CDMA系统中提出的，特别是通过对微区干扰信号进行某种解码和解码，然后使用电子干扰信号。在接收端，利用放大处理消除接收信号时的干扰成分，以加强信号。LTE虽然是采用0FDMA的接人方式，但仍然可以使用干扰消除技术。干扰消除技术REF_Ref6658417\r\h[15]主要分为以下两种：干扰抑制合并技术和基于干扰重构/减去的干扰消除技术一、干扰抑制合并技术干扰消除组合方法是基于具有多个天线的接收终端的空间干扰抑制方法。为了消除微型区域之间的干扰，首先探测到它们,但是，在实际中，一般情况下是检测不出来来自相邻社区的干扰信号的。然而，由于来自不同小区到接收侧的信号的空间信道彼此独立，所以在信道中存在空间差异，并且可以区分干扰信号和有用信号，即，空分复用的原理。因此，当使用多个天线时，可以使用该空间功能来消除噪声。而且由于此技术是利用接收端来实现的，不依赖发送端配置，但是使用具有空间分离的多路复用不能提供良好的干扰抑制。二、基于干扰重构/减去的干扰消除技术基于降噪/减法的干扰抑制方法是一种干扰消除方法，其恢复干扰信号，然后精确地分离干扰信号的分量。而在上一节中所使用的IDMA便是这样的一种技术，由于迭代干扰抑制，这可以显着提高系统性能。如图3.3所示，IDMA技术可以将不同信号与交织器进行交织，然后根据不同的交织图案在接收机通过FFT到多用户解调器进行解交织，计算出每个用户的不同信息，再通过解码器反馈无用信息再到多用户解调器，这样随着迭代次数的增加，得到的信息中干扰信息将大部分被剔除。图3.3IDMA接收机中迭代多用户检测该技术的实现要求系统在许多方面具有更高的要求，例如信道估计，资源分配，信号格式获取，小区间同步和设计交织器和信令。但另一方面，如果能达到设计的要求，这项技术将会有很好的干扰抑制效果。第四节小区间干扰协调技术小区间干扰协调技术的基本考虑是通过调整频率资源来实现降低小区间干扰的目的，以提高这些资源上的小区的SIR、小区边缘的数据速率等。更具体地，在每个小区中使用无线资源是有限的，例如通过限制时频资源的使用或通过限制其在某些时频资源上的传输功率。根据资源协调办法，部门间协调可分为三类：静态、半静态和动态。具体而言，部门间协调可分为三类。其中一些应用程序被重复使用，一些用于功率控制，另一些用于软频率。一、三种小区间干扰协调方式（一）静态小区间干扰协调由于信号在传播会出现衰减，使得在某个小区内使用的频率段是不会影响离这较远且使用一样的频率段的小区的，因此，这样便可以实现频率复用。而静态ICIC就是指的频率复用方案，频率复用技术在第一代蜂窝移动通信系统就已经提出，最初是为解决带宽不足的问题。而在LTE中，静态ICIC就是给在小区中心的用户和小区边缘的用户分配不同的频率复用因子。静态ICIC在网络部署时就已经将频域资源分配好，然后当系统启动时，借助一种特定的算法，物理资源被分为邻近的微型区域，从而协调各区域之间的干扰。除了在系统初始化分配资源时需要消耗一些信令，之后都不需要其他额外的信令开销，因此，静态ICIC较为简单高效，对与用户分布均匀而且业务也负载平坦的，使用静态ICIC将获得很大增益。而根据静态干扰协调的特点，在LTE系统中，最典型的频率再利用方案包括部分频率的再利用和软频率的再利用两种方案。（二）动态小区间干扰协调动态ICIC主要是指干扰协调消息机制。根据上一章所讲，在LTE的网络架构中，为实现扁平化的结构取消了RNC物理实体，因此调度任务由eNodeB来完成，若要实现对多个eNodeB自间的干扰协调，就需要引入一些包含本地调度策略或者状态信息的消息机制，而且在eNodeB之间的信息交互时间非常短，可以达到毫秒级别，所以以此就可以实现实时的对相邻小区进行资源重新调度或降低发射功率。但这样就需要实现小区间信息的实时交互，可能会使得信令开销较大，会严重降低系统效率。具体的执行方案包括干预协调和信息交流机制。（三）半静态小区间干扰协调在分区一级对干扰进行静态协调，虽然在某种程度上可以解决分区之间的干扰问题，但不能满足系统的动态需要，而且因为对资源分配的约束，导致了资源的浪费；动态的小区间干扰协调的缺点也较为明显。另一方面，半静态小区间干扰调整耦合了两者的优点，在静态的网络模型下，当负载发生变化时，通过eNodeB之间的信息交互来获取相邻小区的频带资源分配情况和干扰情况，再重新划分频带和调整功率。虽然半静态干扰协调也会造成一定的信令开销，但却可以满足静态协调中所没有的动态需求。二、ICIC技术的具体实现方案（一）部分频率复用对于位于小区中心和小区边缘的用户，部分频率重用被区别对待。它将频率重用因子等于1的频带资源分配给在小区中心具有更好信道质量的用户。如果用户分配频率重用因子大于1的频带资源，则可以减少小区间干扰，但这也减少了系统频带的使用。如图3.4所示，便是一种部分频率复用方案。在这种方案里，处于不同位置下使用不同的频率复用因子，例如位于小区中心位置的信干噪比（SINR）较高，使用频率重用因子，并且频率重用因子3用于小区边缘位置处的位置。在这种情况下，频率资源被分成四组，并且小区中心的用户以固定方式分配给一组频带。它可以有效地避免之间的干扰。图3.4部分频率复用方案（二）部分功率控制局部功率控制意味着，当两个相邻区域使用不同的频率资源时，它们可以完全投入使用，如果频率资源重叠，也可以完全投入使用。过去，传统的全功率控制只有在用户设备的要求下调节，使SINR（目标信干比值）达到一个期望值。但因为没有考虑对周边小区用户的干扰，可能造成小区间的干扰，进而影响了系统整体性能。因此，为从抑制小区间干扰和为了优化小区边缘的用户的用户体验，必须在可能发生小区之间的干扰并且仅执行适度的流控制的地方适当地减小SINR期望值。虽然这样可能会使得单个用户设备的接收SINR会受到一部分损失，但是对于整个系统来说，小区间的干扰可以得到控制，而且系统的整体容量也可以得到提高。（三）软频率复用软频率复用技术是一种基于频率复用技术开发的技术，它的基本思想通过调整发射功率的大小来决定该频率被使用程度的大小。具体来说，允许位于小区中心的用户自由使用频率资源，但使用的传输功率很小;并且只有一部分频率资源被允许位于小区边缘的用户。但相应的使用的发射功率较大。这样，在小区边缘到达了有效地抑制干扰的目的。软频率复用技术是本文的研究重点，将在后面对使用该技术的工程案例进行详细介绍。如图3.5所示就是一种软频率复用方案，将整个系统的频带资源分为三组，小区中心的用户可以使用两组，而位于小区边缘位置的用户则只能使用高发射功率的一组，而相应的，在小区中心的用户只能以较小的发射功率来使用剩下的两组频带资源，从而降低对位于相邻小区边缘用户的干扰。因为在小区中心用户的发射功率降低，使得这些用户的数据传输速率也有所下降，虽然小区边缘用户的数据传输速率可以提高，但却浪费了一部分的功率资源。然而不可否认的是，它继承了部分频率复用的优点，不仅有效降低了小区间的干扰，也较为明显地提高了频率利用效率。图3.5软频率复用方案第五节三种小区间干扰抑制技术的比较前三节详细描述了抑制小区间干扰的三种主要方法，从比较中可以看出。小间隔干扰随机化技术可抑制由特定或编织干扰引起的干扰，即使技术上简单且可实现，但是当执行白化处理过程时，测量误差可能由差异引起统计特征，导致表现不佳。通过消除对多天线接收器的空间干扰，或通过重建多天线接收器，区域间干扰排除技术可以消除干扰，可以获得较高的频谱效率且性能最好，但改技术复杂度较高，实现较为困难。最后的小区间干扰协调技术通过限制频谱和功率来协调干扰，可以应用于各种带宽服务，更容易实现，并提供更好的性能。在LTE系统中，由于小区间的干扰是影响系统性能的主要困扰之一，因此根据实际情况，将几种或者三种干扰抑制技术相互结合起来可以更为有效的抑制干扰，以此来获得更好的系统性能。第六节本章小结本章主要对LTE的小区间干扰抑制技术进行了较为详细的分析，首先讨论了小区间干扰抑制技术的原理，然后以时频资源的合理分配和功率控制分为三类标准的微型区域干扰控制技术：微型区域间干扰机械化技术；微型区域间干扰消除技术；技术需要评估干扰协调技术。而且对比了三种技术优缺点。并比较了三种技术的优点和缺点。此外，分析和比较了现有的程序：部分频率压缩程序，部分程序。功率控制和灵活的频率压缩程序。第四章基于软频率复用技术的工程设计案例在上一章对各种小区间干扰抑制技术进行了较为详细的分析，软频率复用技术是干扰协调抑制技术中应用最广泛的技术之一。在LTE系统里面，根据对资源协调方式的不同可分静态、动态和半静态，相应的，软频率复用也可分为静态软频率复用、半静态软频率复用和动态软频率复用三种方案。本章分析了三种典型的软频率复用方案工程案例，简要介绍了采用软频率静态复用的华为方案和采用软频率半静态复用的西门子方案。爱立信重用软频率的解决方案可以进行特定的研究。第一节华为方案在2004年，由杨学志先生代表华为公司首先提出了LTE系统中的软频率复用技术，而之后，华为公司也就此项技术提出了自己的软频率复用方案，它的基本思想是，在距离小区中心较远的用户可以获得较大的发射功率，而相反的，在靠近小区中心的用户获得的发射功率较小。该程序由两组资源的范围在所有的小区。一组是主要载波，另一组是辅助载波，主要载波可能是在该区的任何地方使用，辅助子载波只能在该区的中心使用。相邻的微带之间的主载波是相互交叉的此外，该项目引入了功率比概念，指的是辅子载波上的发射功率比主子载波上的发射功率，对于处在小区不同位置的用户设备，可以通过对功率的调整来应对不同位置的业务量需求。例如，但位于小区边缘的业务量比较大时，就提高小区边缘的传输速率，反之，当位于小区中心的业务量占小区总量的大多数时，也相应的增加功率比。因此，根据用户的功率来分配不同分频谱资源是华为方案的特点如图4.1所示，便是华为软频率复用方案，图中MS为移动台，BS为基站，其中MS11和MS12由基站BS1提供服务，MS21和MS22由基站BS2提供服务，MS31和MS32由基站BS3提供服务。而MS11、MS21、MS31位于三个小区重合位置，它们所使用的子载波为主载波且相互正交，而位于各自小区离基站一半距离的移动台MS12、MS22、MS32使用的子载波为辅子载波。当MS11、MS21、MS31负载高时，就将功率比比值调小，而当MS12、MS22、MS32负载高时，相应的增大功率比。图4.1华为软频率方案华为方案不仅可以简单明了，对信令的消耗也较少，而且具有很强的灵活性，对小区间的干扰能有效的抑制，是现有大部分软频率复用方案的基础。但该方案依然存在比较明显的缺点：一方面小区边缘用户使用的频谱资源最多只有整个的1/3；另一方面，在LTE系统中，随着时间的推移，地区业务量的急剧变化，该方案的灵活性仍然较低。第二节西门子方案在现实情况中，小区的用户分布和小区的业务承载是在实时变化的，因此，西门子提出了一种用于软频率的半静态重用方案，以动态调整小区资源。如图4.2所示，在这种情况下，所有资源都被分为N子类，每个小区域都使用X子空间和正交，而系数是压缩的。边缘区的频率为3，而其余的N-3X子类将用于具有单一频率压缩系数的小区中心的用户。小区1边缘使用一部分，小区2、4、6边缘使用一部分，小区3、5、7使用另一部分，最后各小区中心使用剩下的。而且小区边缘用户可使用的频谱X会根据负载的变化而改变，也就是说，例如当小区边缘的用户所使用的子带增加2个。那么相应的小区中心区域的用户所使用的子带将减少6个。该方案的优点在于，小区边界上的一个用户使用的频谱资源不能被其他相邻小区中的所有用户使用，并且所使用的频率部分不重叠，因此边界处的用户可以有效地避免小区间干扰，在细胞的边界处显着改善。然而，缺点也很明显，因为在一个小区域的用户只能使用一部分资源，而频谱利用率低，资源有限。边缘用户在每个小区使用的电能可以同步变化，从而使光谱分布不那么灵活。图4.2西门子软频率方案第三节爱立信方案在2005年8月，爱立信公司也提出来自己家的软频率复用方案，这种方案与华为公司的类似，将小区内的用户分为小区中心用户和小区边缘用户两部分。但不同的是，在爱立信方案中，小区边缘用户使用全部功率发射，小区中心区域的用户则需要限制去发射功率，而由于小区中心的路损较小，限制发射功率是不会影响这部分用户的使用体验。另一方面，将整个频谱资源分成三部分，为三组子载波，为不同小区边缘的区域分配不同频率的子载波。如图4.3所示，以7个小区构成的小区簇的蜂窝移动通信系统，然而，缺点也很明显，但是，由于在小区域中只能利用一部分的资源，所以频谱利用率低，资源被限定这样的缺点也显而易见。可同步地改变边缘用户每小区使用的电能，使得频谱分布不那么灵活。而对于1区边缘地区的用户来说，边缘用户将使用第一部分的频率资源，第2、4和6区的边缘用户将使用第二部分资源。在第三、第五和第七区的最终用户中，使用剩余的频率资源，使邻国用户使用的频带达到最大限度。X块，将是正交的，不会影响同一频率的干扰，并将提供一个完整的消息使用。图4.3爱立信软频率方案在上面这种方案中，由于LTE在下行链路传输是采用基于OFMDA的多址方式，因此基站（eNodeB）调度和分配无线资源给服务用户时，是在每个TTI（TransmissionTimeInterval，传输时间间隔）上进行的，由第二章可知，LTE将PRB（PhysicalResourceBlock,物理资源块）作为物理资源最小单位进行调度与分配，一个PRB在时域上为一个时隙，在频域上为12个子载波。而且，为了更高的传输速率和频谱效率，本方案中LTE在上行传输和下行传输都分别利用了MIMO技术（Multiple-InputMultiple-Outpu，多输入多输出技术）。此种方案能有效的降低LTE小区间的干扰，能大大的优化系统性能。一、小区用户吞吐量计算对于小区某一用户的吞吐量计算，是根据现有的信道状态信息（CSI）来判断的，而根据香农方程中的信道容量，在此方案中某一用户的吞吐量为：其中B为PRB的带宽，SNR为信噪比。但在LTE中，小区间的干扰因子没有被考虑进去，因此可由SINR（信干噪比）来代替SNR，由此可得出LTE用户m在基站n的PRB的信干燥比为：其中表示LTE用户m从基站n经过路径损耗后所得的可用功率，是相邻小区基站j的干扰功率，和是用户m分别从基站n和相邻小区基站j获得的相应增益，最后为热噪声的方差。因此，某一用户的吞吐量可改写为：由此也可得出小区的总吞吐量为：其中M为总用户的数量，N是小区中的总PRB数量。二、小区用户功率分配对于小区的用户功率分配，小区中心的用户使用具有较低传输功率的PRB来有效地抑制爱立信方案中的小区干扰，小区边缘用户使用法术功率较高的PRB，若使每个边缘频带的PRB的功率定义为，则在中心频带上的功率便为，而α就是小区中心边缘用户之间的功率比，取值在0和1之间，α越高，代表着小区中心用户的系统性能越好，而相应的，小区边缘用户的系统性能越差。且定义为总的发射功率。由此可得：第四节爱立信方案工程实践案例前面介绍了爱立信方案的构成和结构，为具体了解软频率复用方案对小区间干扰抑制的作用，现对某公司在宁波雍景苑小区使用基于SFR方案的爱立信方案的工程实践进行分析。此次工程实践安排如下：在小区内使用七个小区构成的LTE移动通信系统作为实践的模型，在每个小区中心都配置有一副全向天线。每个小区内布置同样的测试用户数，让小区内的测试用户随机运动，使每一个小区的边缘和中心地带的测试用户分布不均匀，但要保证小区边缘和中心的测试用户至少有一名，应用爱立信方案使小区中心测试用户可以使用整个频带资源但使用较小的传输功率，小区边缘测试用户使用邻小区未覆盖的部分频带资源但使用较高的传输功率。另外，为了对比，LTE采用部分频率压缩程序（FFR），将频带资源分为四组副载波，使用频率压缩系数在微型区域，1米为1米，在外围地区使用的频率压缩系数为3米。具体的小区模型参数如表4.1所示。表4.1小区模型参数小区参数数值小区数/个7每个小区测试用户数/名10载波频率/GHz2系统带宽/MHz5每个小区半径/m500小区边缘区域比例1/3每个小区的总传输功率/dBm43距离路径损耗（R单位为m）128.1+37.6lg（R/1000）热噪声/（dBm/Hz）-174PRB数目/个24*PDSCH+1*PDCCHPRB的频率间隔/kHz180调度时间间隔（TTI）/ms0.5爱立信方案与FFR方案相比，爱立信方案不仅汲取了FFR方案的优点，采用动态的频率复用因子，而且使用的频率利用率更高，对两种方案分别进行测试后，得出了两种方案的用户平均信干噪比的CDF（CumulativeDistributionfunction，累积分布函数）图像，如图4.4所示。从图中可以看出，在相同的小区内，相比于FFR方案，采例如，在CDF=0.5的情况下，在没有FFR方案的情况下，使用基于SFR的ELSIN方案，干噪声报告增加了16db。图4.4用户平均SINR/dB同时，对比两种方案，爱立信建筑采用了一种限制功率的方法来处理来自小区中心的用户，而不是那些位于小区边缘的用户，并在应用程序中使用此外，该区的外缘使用了用户在正交微型区使用的频率资源。图4.5小区边缘吞吐量/（Mbit/s）通过上面的工程实践案例我们可以看出，基于软频率复用的爱立信方案在应用时可以明显提高LTE系统的信干噪比和小区边缘的吞吐量，也就是说可以有效的抑制LTE小区间的干扰，进而提升系统的整体性能，而且此方案实施也较为较为简单易于实现。第五节本章小结本章主要对使用了软频率复用技术的三种工程案例进行了较为详细的分析和介绍，包括有使用静态软频率协调方案的华为方案和爱立信方案以及使用半静态软频率协调方案的西门子方案。三种方案都可以有效的抑制小区间的干扰，先是对华为方案和西门子方案金进行了简要介绍并分析了其优缺点，然后对爱立信方案进行了重点研究，最后通过对爱立信方案的工程实践案例的分析，可以看出爱立信方案在对小区间的干扰抑制效果很不错，这使它成为了应用最为广泛的软频率复用方案之一，它的方案较为简单易行且具有很强的灵活性。结论随着移动通信技术的不断发展，人们在生活中对无线通信的服务质量和传输要求变得越来越高，在5G技术即将到来的今天，LTE网络依然服务于我们的生活中，它是移动通信在的发展史上一次演进或者是一次革命。因为许多关键技术的诞生如OFDMA多址技术和MIMO技术，也为了与一些如WiMAX等宽度无线接入技术相竞争，在上一代的3G网络基础上演进的LTE，不仅具有更高的传输速率，而且还更为有效的利用了宝贵的频谱资源。然而，由于在LTE系统采用OFFMA系统中采用的多目标方法，在微观地区的干扰几乎是看不见的，但它是不可避免的，所以提高效率干扰干扰抑制技术正在成为该系统工作的有效性和有效抑制微观干扰的目标。第一章介绍了移动通信发展的历史和LTE的背景，概述和分类了目标和可能的干预问题，如区域间问题。在第二章对LTE的基本原理较为详细的介绍，有LTE的全网架构、空中接口和物理资源的分配，还分析了LTE中使用的OFDM和MIMO的技术原理。在论文第三章首先对LTE的干扰抑制原理进行了讲解，随后详细研究了三种抑制LTE干扰的方法，重点是协调区域间干扰的方法，分别从资源分配方式和具体实现技术两方面进行了理论分析，其中最为广泛使用的便是软频率复用方案，最后对三种干扰抑制技术进行了对比，分析其优缺点。最后针对基于LTE小区间干扰协调技