LTE干擾抑制技術

1、LTE系統(tǒng)采用OFDM技術，小區(qū)內用戶通過頻分實現(xiàn)信號的正交，小區(qū)內的干擾基本可以忽略。但是同頻組網(wǎng)時會帶來較強的小區(qū)間干擾，如果兩個相鄰小區(qū)在小區(qū)的交界處使用了相同的頻譜資源，則會產生較強的小區(qū)間干擾，嚴重影響了邊緣用戶的業(yè)務體驗。因此如何降低小區(qū)間干擾，提高邊緣用戶性能，成為LTE系統(tǒng)的一個重要研究課題。 小區(qū)間干擾抑制技術在LTE的研究過程中，主要討論了三種小區(qū)間干擾抑制技術：小區(qū)間干擾隨機化、小區(qū)間干擾消除和小區(qū)間干擾協(xié)調。小區(qū)間干擾隨機化主要利用了物理層信號處理技術和頻率特性將干擾信號隨機化，從而降低對有用信號的不利影響，相關技術已經(jīng)標準化；小區(qū)間干擾消除也是利用物理層信號處理技術，

2、但是這種方法能“識別”干擾信號，從而降低干擾信號的影響；小區(qū)間干擾協(xié)調技術是通過限制本小區(qū)中某些資源（如頻率、功率、時間等）的使用來避免或降低對鄰小區(qū)的干擾。這種從RRM的角度來進行干擾協(xié)調的方法使用較為靈活，因此有必要深入研究以達到有效抑制干擾、提高小區(qū)邊緣性能的目的。 小區(qū)間干擾協(xié)調的基本思想就是通過小區(qū)間協(xié)調的方式對邊緣用戶資源的使用進行限制，包括限制哪些時頻資源可用，或者在一定的時頻資源上限制其發(fā)射功率，來達到避免和減低干擾、保證邊緣覆蓋速率的目的。 小區(qū)間干擾協(xié)調通常有以下兩種實現(xiàn)方式。 靜態(tài)干擾協(xié)調：通過預配置或者網(wǎng)絡規(guī)劃方法，限定小區(qū)的可用資源和分配策略。靜態(tài)干擾協(xié)調基本上避免了

3、X2接口信令，但導致了某些性能的限制，因為它不能自適應考慮小區(qū)負載和用戶分布的變化。 半靜態(tài)干擾協(xié)調：通過信息交互獲取鄰小區(qū)的資源以及干擾情況，從而調整本小區(qū)的資源限制。通過X2接口信令交換小區(qū)內用戶功率/負載/干擾等信息，周期通常為幾十毫秒到幾百毫秒。半靜態(tài)干擾協(xié)調會導致一定的信令開銷，但算法可以更加靈活的適應網(wǎng)絡情況的變化。 小區(qū)間干擾（Inter-Cell Interference, ICI)：頻率復用（傳統(tǒng)的解決方法），較大的頻率復用系數(shù)（3或7）可以有效的抑制ICI。但頻譜效率降低到1/3或1/7。圖1：傳統(tǒng)的頻率復用系數(shù)為3的典型頻率規(guī)劃l     未來的寬帶移

4、動通信系統(tǒng)對頻譜效率要求很高，盡可能的接近復用系數(shù)1l     OFDM技術比CDMA技術更好的解決了小區(qū)內干擾的問題，但帶來的ICI問題比CDMA更嚴重一些。l     相鄰小區(qū)結合部使用相同的頻譜資源，會產生較強的ICI波束賦形天線技術普通扇區(qū)天線形成的波束是覆蓋整個扇區(qū)的，因此必定會和相鄰小區(qū)的扇區(qū)波束重疊，造成小區(qū)間干擾。波束賦形天線的波束是指向UE的窄波束，因此只有在相鄰小區(qū)的波束發(fā)生碰撞時才會造成小區(qū)間干擾，在波束交錯是可以有效的回避小區(qū)間干擾。在移動通信系統(tǒng)中，由于用戶通常分布在各個方向，加之無線移動信道的多徑效應，有用信號存在一定的空間分

5、布。其一，當基站接收信號時，來自各個用戶的有用信號到達基站的方向可能不同，且信號與其到達角度之間存在復雜的依賴關系；其二，當基站發(fā)射信號時，可被用戶有效接收的也只是部分的信號?？紤]到這一因素，調整天線方向圖使其能實現(xiàn)指向性的接收與發(fā)射是很自然的想法，這也就是波束賦形概念的最初來源。隨著信號處理，尤其是數(shù)字信號處理芯片的普及以及算法的發(fā)展，原來必須依靠射頻硬件實現(xiàn)的波束賦形轉為使用中頻或者基帶的數(shù)字信號處理來實現(xiàn)。在這一基礎上，結合無線移動通信系統(tǒng)的發(fā)展，又進一步出現(xiàn)了智能天線的概念。智能天線的目標是能根據(jù)實際信道情況實時調整自身參數(shù)，有效追蹤多個用戶，在系統(tǒng)中實現(xiàn)空分多址（SDMA）。智能天線

6、一般由射頻部分的無線信號接收發(fā)射，A/D、D/A轉換，以及基帶（或者中頻）部分的數(shù)字信號處理組成。傳統(tǒng)意義上的波束賦形與多種信號處理方法融合，使得這一概念的確切含義逐漸模糊。習慣上，在與自適應天線陣列的信號處理相關的文獻中，波束賦形特指根據(jù)參數(shù)計算最優(yōu)權重矢量的過程；而在其他場合有時特指嚴格意義上的空域波束賦形，有時則泛指根據(jù)測量以及估算參量進行數(shù)字信號處理（可包括時域和空域）的過程。本文取波束賦形的一般含義，即根據(jù)測量以及估算參數(shù)，實現(xiàn)信號最優(yōu)（次優(yōu)）組合或者最優(yōu)（次優(yōu)）分配的過程。小區(qū)間干擾消除、協(xié)調、隨機化技術對于0FDMA的接人方式，來自外小區(qū)的干擾數(shù)目有限，但干擾強度較大，干擾源的變

7、化也比較快，不易估計，于是采用數(shù)學統(tǒng)計的方法來對干擾進行估計就成為一種比較簡單可行的方法。干擾隨機化不能降低干擾的能量，但能通過給干擾信號加擾的方式將干擾隨機化為“白噪聲”，從而抑制小區(qū)間干擾，因此又稱為“干擾白化”。干擾隨機化的方法主要包括小區(qū)專屬加擾和小區(qū)專屬交織。干擾信號隨機化不能降低干擾的能量，但能使干擾的特性近似“白噪聲”，從而使終端可以依賴處理增益對干擾進行抑制。干擾隨機化方法：1、小區(qū)特定的加擾（Scrambling）（傳統(tǒng)技術）小區(qū)專屬加擾，即在信道編碼后，對干擾信號隨機加擾。如圖l所示，對小區(qū)A和小區(qū)B，在信道編碼和交織后，分別對其傳輸信號進行加擾。如果沒有加擾，用戶設備(U

8、E)的解碼器不能區(qū)分接收到的信號是來自本小區(qū)還是來自其他小區(qū)，它既可能對本小區(qū)的信號進行解碼，也可能對其他小區(qū)的信號進行解碼，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)的信息進行區(qū)分，讓UE只針對有用信息進行解碼，以降低干擾。加擾并不影響帶寬，但是可以提高性能。圖2：小區(qū)專屬加擾1）對各小區(qū)信號在信道編碼和信道交織后采用不同的偽隨機擾碼進行加擾，以獲得干擾白化效果。2）  LTE采用504個小區(qū)擾碼（與504個小區(qū)ID綁定）區(qū)分小區(qū)，進行干擾隨機化2、小區(qū)特定的交織（Interleaving）也稱交織多址（Interleaved Division Multiple Acc

9、ess, IDMA)小區(qū)專屬交織，即在信道編碼后，對傳輸信號進行不同方式的交織。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進行交織。小區(qū)專屬交織的模式可以由偽隨機數(shù)的方法產生，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不同的交織模式編號， UE端通過檢查交織模式的編號決定使用何種交織模式。在空間距離較遠的小區(qū)間，交織種子可以復用，類似于蜂窩系統(tǒng)中的頻分復用。對于干擾的隨機化而言，小區(qū)專屬交織和小區(qū)專屬加擾可以達到相同的系統(tǒng)性能。圖3：小區(qū)專屬交織1）IDMA是一種新的干擾隨機化技術和干擾消除技術，比較復雜，在R8 LTE中未被使用。2）僅干擾隨機化效

10、果而言，小區(qū)加擾和IDMA性能相近。但IDMA可用于干擾消除技術。3）對各小區(qū)的信號在信道編碼后采用不同的交織圖案進行信道交織，以獲得干擾白化效果。交織圖案與小區(qū)ID一一對應。相距較遠的兩個小區(qū)間可以復用相同的交織圖案。小區(qū)間干擾消除干擾消除的想法最初是在CDMA系統(tǒng)中提出，可以將干擾小區(qū)的信號解調、解碼，然后將來自該小區(qū)的干擾重構、消除。LTE雖然采用0FDMA的接人方式，仍然引入了干擾消除的概念。對干擾小區(qū)的干擾信號進行某種程度的解調甚至解碼，然后利用接收機的處理增益從接收信號中消除干擾信號分量。干擾消除方法：1、基于多天線接收終端的空間干擾抑制技術利用多天線技術，接收機的實現(xiàn)技術，不需要

11、標準化。又稱為干擾抑制合并(Interference Rejection Combining, IRC)，不依賴發(fā)射端配置，利用從兩個相鄰小區(qū)到UE的空間信道獨立性來區(qū)分服務小區(qū)和干擾小區(qū)的信號。配置雙天線的UE可以區(qū)分兩個空間信道，也即空分復用原理2、基于干擾重構/減去的干擾消除技術通過將干擾信號解調/解碼后，對該干擾信號進行重構，然后從接收信號中減去。能將干擾信號分量準確分離，剩下的就是有用信號和噪聲。是干擾消除的最理想的方法。IDMA技術可以通過迭代干擾消除獲得顯著的性能增益?？梢垣@得明顯的小區(qū)邊緣性能增益。但需要系統(tǒng)在資源分配、信號格式獲得、小區(qū)間同步、交織器設計、信道估計、信令等提出

12、更高的要求或更多的限制。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的信息。消除Node B間干擾時，可以通過檢測UE端的干擾控制信號來獲得干擾信號的信息；消除扇區(qū)間干擾時，Node B直接使用自己的控制信道向UE發(fā)送干擾信號的信息。顯然，接收機獲取的干擾信號信息越多，干擾消除的性能越好。小區(qū)間干擾消除的優(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，目標小區(qū)必須知道干擾小區(qū)的導頻結構，以對干擾信號進行信道估計。對于要進行小區(qū)間干擾消除的用戶，必須給其分配相同的頻率資源。

13、小區(qū)間干擾協(xié)調技術原理：對下行資源管理（頻率資源/發(fā)射功率等）設置一定的限制，以協(xié)調多個小區(qū)的動作，避免產生嚴重的小區(qū)間干擾。l   小區(qū)間干擾協(xié)調ICIC（Inter-cell Interference Coordination）是小區(qū)干擾控制的一種方式，本質上是一種調度策略。l   LTE系統(tǒng)可以采用軟頻率復用SFR（Soft Frequency Reuse）和部分頻率復用FFR（Fractional Frequency Reuse）等干擾協(xié)調機制來控制小區(qū)邊緣的干擾。l   主要目的是提高小區(qū)邊緣的頻率復用因子，改善小區(qū)邊緣的性能。方法：1、回避-軟頻率復用

14、又稱分數(shù)頻率復用頻域協(xié)調原理：允許小區(qū)中心的用戶自由使用所有頻率資源；對小區(qū)邊緣用戶只允許按照頻率復用規(guī)則使用一部分頻率資源圖4：頻域協(xié)調2、下行功率分配：在下行不使用功率控制同站不同小區(qū)ICIC時域協(xié)調同站各小區(qū)的主頻一樣。對于同站小區(qū)間干擾協(xié)調，采用時域協(xié)調，如圖5所示。   1）黃色區(qū)域的用戶只在偶數(shù)子幀調度2）淡藍色區(qū)域的用戶只在奇數(shù)子幀調度圖5：時域協(xié)調上行小區(qū)間干擾協(xié)調（ICIC）技術l  采用基于高干擾指示(HII)和過載指示(OI)信息的ICIC技術l  相鄰eNodeB之間有線接口X2用于傳送HII/OIl  一個eNodeB將一個PRB分配給一個小區(qū)邊緣用戶（通過UE參考信號接收功率來判斷是否處于小區(qū)邊緣）時，預測到該用戶可能干擾相鄰小區(qū)，也容易受相鄰小區(qū)UE干擾，通過HII將該敏感PRB通報給相鄰小區(qū)。相鄰小區(qū)eNodeB接收到HII后，避免將自己小區(qū)的邊緣UE調度到該PRB上。l  當eNodeB檢測到某個PRB已經(jīng)受到上行干擾時，向鄰小區(qū)發(fā)出OI，指示該PRB已經(jīng)受到干擾，鄰小區(qū)就可以通過上行功控抑制干擾。l  HII和OI的傳送頻