LTE系統(tǒng)的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào) - 全文

　LTE系統(tǒng)中采用頻率復(fù)用方式對小區(qū)間的干擾進(jìn)行協(xié)調(diào)，可以適用于各種帶寬的業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)簡單，并且對抑制小區(qū)間的干擾、改善小區(qū)邊緣用戶傳輸質(zhì)量有很好的效果。

　　LTE采用正交頻分多址接入技術(shù)（OFDMA，orthogonalfrequencydividedmultiple access），OFDMA技術(shù)利用頻率之間的正交性作為區(qū)分用戶的方式，將用戶的信息承載在相互正交的不同的載波上，可以有效對抗頻率選擇性衰落。另外，由于小區(qū)內(nèi)用戶使用的頻率相互正交，所有的干擾全部來自于其他小區(qū)，這樣也可以大大提高小區(qū)中心用戶的信號干擾噪聲比（SINR），從而可以提供更高的數(shù)據(jù)速率和更好的服務(wù)質(zhì)量。而對于小區(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SINR相對就較小，導(dǎo)致雖然整個小區(qū)的吞吐量較高、但小區(qū)邊緣用戶服務(wù)質(zhì)量較差、吞吐量較低的情況。

　　為了解決這個LTE系統(tǒng)在小區(qū)邊緣干擾嚴(yán)重的問題，3GPP提出了多種解決方案，包括干擾隨機(jī)化、干擾刪除以及干擾協(xié)調(diào)技術(shù)。其中干擾隨機(jī)化利用干擾的統(tǒng)計(jì)特性對干擾進(jìn)行抑制，誤差較大。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VoIP）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。

　　LTE小區(qū)間干擾分析

　　正交頻分復(fù)用（OFDM）由于具有高頻譜利用率，并且能夠有效解決寬帶無線通信中的碼間干擾問題，已經(jīng)被廣泛接收為未來無線寬帶通信的關(guān)鍵技術(shù)。LTE采用的以O(shè)FDMA為多址接入方式而構(gòu)建的蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)中，可以做到頻率復(fù)用因子為1，即整個系統(tǒng)覆蓋范圍內(nèi)的所有小區(qū)使用相同的頻帶為本小區(qū)內(nèi)的用戶提供服務(wù)。在OFDM系統(tǒng)中，各子信道之間的正交性有嚴(yán)格的要求。雖然由于載波頻率和相位的偏移等因素會造成子信道間的干擾，但是可以在物理層通過采用先進(jìn)的無線信號處理算法使這種干擾降到最低。因此，LTE系統(tǒng)中的小區(qū)內(nèi)干擾很小， 而影響系統(tǒng)性能的主要干擾來自小區(qū)間干擾。

　　LTE的干擾協(xié)調(diào)技術(shù)

　　為了解決LTE由于采用OFDMA而導(dǎo)致的小區(qū)邊緣用戶干擾嚴(yán)重的問題，各大公司紛紛提出了OFDMA的干擾協(xié)調(diào)/避免技術(shù)。LTE的系統(tǒng)的干擾協(xié)調(diào)技術(shù)的核心思想在于采用頻率復(fù)用技術(shù)，它使得相鄰小區(qū)之間的干擾信號源的距離盡可能遠(yuǎn)，從而抑制相鄰小區(qū)的干擾，達(dá)到改善傳輸質(zhì)量、提高吞吐量的效果。

　　部分頻率復(fù)用

　　對于LTE系統(tǒng)而言，其采用的獨(dú)特的OFDMA的接入方式，使得本小區(qū)內(nèi)的用戶之間互不干擾，而對于小區(qū)邊緣的用戶則收到來自于其他小區(qū)的比較強(qiáng)的干擾。部分頻率復(fù)用的核心思想在于將處于小區(qū)中心和小區(qū)邊緣的用戶區(qū)別對待，對于小區(qū)中心的用戶，由于其距離基站距離比較近，信道條件較好，且本身對其他小區(qū)的干擾不大，所以可以將其分配在頻率復(fù)用因子為1的復(fù)用集上。而對于小區(qū)邊緣的用戶，其距離自身的服務(wù)基站距離較遠(yuǎn)，信道條件較差，但其對于其他小區(qū)處于相同頻率的信號的干擾又較大，所以將其分配在頻率復(fù)用因子為3的頻率復(fù)用集上。

　　軟頻率復(fù)用

　　軟頻率復(fù)用繼承了部分頻率復(fù)用的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)采用動態(tài)的頻率復(fù)用因子，比較明顯地提高了頻率的利用效率。在軟頻率復(fù)用中，所有的頻段被分成了兩組子載波，一組稱為主子載波，另外一組稱為輔子載波。主子載波可以在小區(qū)的任何地方使用，而輔子載波則只能在小區(qū)中心被使用。不同小區(qū)之間的主子載波相互正交，在小區(qū)邊緣有效地抑制了干擾，而輔子載波由于只在小區(qū)中心使用，相互之間干擾較小，則可以使用相同的頻率。

　　增強(qiáng)的軟頻率復(fù)用

　　雖然軟頻率復(fù)用對于小區(qū)邊緣干擾情況的抑制，以及子載波的靈活分配都已有了一定的考慮，但是其分配給不同小區(qū)的相互正交的主子載波仍然會帶來一定程度的資源浪費(fèi)，尤其是當(dāng)小區(qū)邊緣的業(yè)務(wù)量較大時(shí)，會帶來小區(qū)之間的頻率復(fù)用因子增高、頻譜利用率下降等后果。增強(qiáng)的軟頻率復(fù)用方案繼承了傳統(tǒng)的軟頻率復(fù)用的思想，又在其基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，主要在于改進(jìn)了在業(yè)務(wù)量變化時(shí)可能帶來的資源浪費(fèi)的問題。

　　不同干擾協(xié)調(diào)/避免技術(shù)的比較

　　前面提到的三種干擾協(xié)調(diào)/避免的技術(shù)均可以有效抑制小區(qū)邊緣用戶之間的同頻干擾，并且具有簡單、可行的優(yōu)點(diǎn)。可以說，上述三種技術(shù)是采用頻率復(fù)用方式進(jìn)行小區(qū)間干擾抑制的不斷發(fā)展與演進(jìn)，部分頻率復(fù)用最簡單易操作，對子載波的使用限制嚴(yán)格，雖然對于干擾起到了很好的抑制卻犧牲了靈活性和頻譜效率。軟頻率復(fù)用可以適應(yīng)不同的業(yè)務(wù)密度，在保證對干擾的控制的前提下，提高了頻譜效率，但是卻對基站調(diào)度器提出了更高的要求，要求基站調(diào)度器可以快速地對小區(qū)內(nèi)的業(yè)務(wù)密度進(jìn)行測量并計(jì)算當(dāng)前合適的功率比。增強(qiáng)的軟頻率復(fù)用是軟頻率復(fù)用的改進(jìn)模式，進(jìn)一步提高頻譜利用效率的同時(shí)更加增加了基站天線的復(fù)雜度以及調(diào)度器的計(jì)算量?？梢哉f，部分頻率復(fù)用、軟頻率復(fù)用，以及增強(qiáng)的軟頻率復(fù)用，依次是用基站的硬件處理復(fù)雜度換取了無線傳輸中的頻譜效率。

　　干擾協(xié)調(diào)/避免目前普遍采用了不同的頻率復(fù)用的方式來進(jìn)行，在小區(qū)邊緣用戶之間的同頻干擾的抑制問題上起到了明顯的效果。通過仿真可以看到，采用了不同的頻率復(fù)用方案，處在小區(qū)邊緣的用戶的吞吐量都可以得到比較明顯的提高，然而由于頻率復(fù)用是對整個小區(qū)的頻率進(jìn)行了一定的限制，所以整個小區(qū)的吞吐量會有一定程度的下降。使用干擾協(xié)調(diào)/避免相當(dāng)于是對整個系統(tǒng)的吞吐量和小區(qū)邊緣用戶吞吐量的一個折中，在大大改善了公平性的同時(shí)犧牲了小部分的整體性能。