3GPP LTE小区间干扰协调方案研究

gujideshatan

1 引 言 随着HSDPA和HSUPA等技术的发展，3GPP无线接人技术在今后几年内将会具有非常高的竞争力。但是为了保证3GPP在今后很长的一段时间内，比如今后10年以上具有竞争性，则必须考虑3GPP无线接入技术的长期演进(Long Term Evolution，LTE)。在3GPP TR25.814中指出，3GPP长期演进的主要内容包括缩短传输延迟，提高用户数据率，提高系统容量和覆盖，减少运营商的成本等。
对于运营商来说，无线接入技术和接入网络最重要的性能指标是频谱利用率和业务QoS保障。为了达到高的频谱效率，在部署网络时要尽可能使频率复用因子接近1。为了提供令人满意的服务，需要保证用户，特别是小区边缘用户的QoS。对于采用OFDM技术的LTE系统，由于其物理层技术自身没有小区间干扰抑制的机制，如果采用频率复用因子为1，会导致小区间的干扰水平增大，特别是位于小区边缘用户的性能会受到极大损失。为提高小区边缘的数据速率，提高系统的频谱利用率，必须有效减轻小区间干扰。
目前，3GPP内讨论的减轻小区间干扰的方式分为3类：小区间干扰协调／躲避；小区间干扰随机化；小区间干扰删除。除此之外，在基站使用波束成型天线是一个通用的减轻小区间干扰的方式。本文重点讨论小区间干扰协调／躲避方式。
2 干扰协调／躲避方案
总体来说，干扰协调／躲避是通过小区间的协调对一个小区的可用资源进行某种限制，以提高邻小区在这些资源上的SIR、小区边缘的数据速率和覆盖。资源包括时域和频域资源以及发射功率。在频域上限制资源的使用，使得频率复用系数大于1。
小区间的协调包括静态／准静态协调和动态协调。静态干扰协调方式指资源限制的协商和实施在部署网络时完成，在网络运营的时期可以调整，但调整的频率较慢，大于一个业务会话的持续时间。比较典型的静态干扰协调方式是华为、西门子等公司提出的软频率复用方案。在静态规划的基础上，根据网络负荷、UE测量情况等因素调整资源限制的模式，形成准静态干扰协调方式，如LGE，TI，Alcatel，Qualcomm等公司的提案。
动态干扰协调方式指资源限制的协商在网络运营时期动态调整，调整的时间尺度为几个到几十个TTI，远小于一个业务会话的持续时间。比较典型的动态干扰协调方式是Nortel、Lucent公司的方案，LGE、Alcatel、TI、Qualcomm等公司也都有相应的动态协调提案。
2.1 静态干扰协调
静态干扰协调方案使用软频率复用因子，即频率复用因子是可变的。小区中心的频率复用因子为1，小区边缘的频率复用因子为3。
小区中心所用的子频带用较小的发射功率，设为Pintra。小区边缘所用的子频带用较大的发射功率，设为Pedge。定义Power Radio=Pintra／Pedge。当Power Radio=0时，相当于频率复用因子为3的小区复用；当Power Radio=1时，相当于频率复用因子为1的小区复用；Power Radio的大小可以基于业务分布的变化进行动态调整，随着Power Radio的减少，CEU的数量增多，CCU的数量减少。
这种干扰协调方式还可以进一步演化为半静态的。首先为每个小区的所有扇区预留相同的子频带，然后根据业务分布，动态调整频率的分配，使边缘的子频带比例随业务分布的变化而变化。半静态干扰协调需要Node B与RNC之间的信令交互，交互步骤如下：
(1) 每个Node B通过信令告诉RNC其小区边缘的业务量。
(2) RNC根据各小区的业务量大小按比例分配相应的频带给各小区。
(3) 若结合时域调度使用，则RNC同时通知各小区预留时隙的分配。
若要采用时域调度，需要ETUR支持各Node B之间的同步机制。在此前提下，RNC将不同的时隙分配给各Node B，供其与小区边缘用户通信使用。
LGE提出的抑制干扰方案也属于准静态干扰协调。第一种方法是将总的可用带宽分为若干个块，相邻小区相同区域使用相同的频率块(同一小区不同区域使用不同的频率块)，从而减小Node B间发生同频干扰的概率，这种方案比较容易实现。在用户分布均匀时，可以很好地抑制干扰，提高系统性能。但当用户不均匀分布，存在一些频率块不够用，而另一些频率块没有被使用，严重导致系统性能恶化。LGE的第二种方法是基于优先级的资源分配。在相邻小区中，对于不同的频率块赋予不同的优先级，如图1软频率复用为了在3个相邻小区内抑制小区间干扰，整个带宽被分为3个频带块来抑制小区间干扰，
Qualcomm从图论中着色集合复用的角度来考虑干扰抑制问题，通过使用着色可以尽可能降低各个小区间的同频干扰，从而获得最大的容量和小区边缘速率的提升。对于每个UE，系统分配给他一个频率复用策略，且每种策略对应一个频率复用集合，频率复用集合是由对当前小区干扰最严重的若干小区组成的集合。为了实现通过动态调整频率复用来减小小区间干扰，可以使用不断改变UE的频率复用集合来表示。若发现来自某个小区某些频点的干扰很大则将其加入频率复用集合并相应调整所分配的频点。
2.2 动态干扰协调
动态干扰协调主要通过Node B的实时调度，在相邻小区间协涮无线资源的使用，以达到干扰抑制的作用。由于OFDM技术的使用，资源凋度可以分别在时域和频域两个维度上实现。
Nortel的方案通过时频分配来抑制小区间干扰，其基本的时频资源单位为{1符号×1子信道}。实现过程为首先将一个时隙中的所有符号进行分割，某些符号作为LICI(低干扰区域)，某些符号作为NICI(普通干扰区域)，根据小区编号为每小区选择资源分配模式，而用户根据其路径损耗的大小米划分到这两种区域，并继续进行该区域内的(符号×子信道)分配。该方案在小区的层面上将时隙划分以下两种十扰域：

(1) LICI(低干扰区域)：在时域中定义，频率复用因子

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