抑制LTE小区间干扰技术比较.docx

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1、抑制LTE小区间干扰技术比较0前言随着移动通信技术的不断发展，用户对移动通信的内容和质量都提出了更高的 要求。为了适应全球无线通信呈现出的移动化、宽带化和IP化的趋势，也为了 与新兴的一些移动通信技术如WiMAX, WiFi竞争，2004年底，3Gpp继 HSDPA, HSUPA等技术标准之后，提出了 3G的长期演进(3GLTE)。3G LTE的目 标是获得更高的数据速率，更低的时延，改进的系统容量和覆盖范围，以及较 低的成本。与此同时: 由于LTE采用正交频分多址(0FDMA)的接入方式，小区 内用户的信息承载在相互正交的不同载波上，因此干扰来自其他小区.即小区间 的干扰。所以，小区间的干扰

2、抑制成为一个亟待解决的问题。本文介绍了 LTE 目前采用的主要干扰抑制方法，并比较了不同方法的优劣。1 LTE简介LTE填补了第三代移动通信和第四代移动通信之问的巨大技术差距，目标是建 立一个能够获得高传输速率、低等待时间、基于包优化的可演进的无线接人架 构。LTE系统期望在20 MHz的带宽上达到100 Mbit/s的下行传输速率，50 Mbit/s的上行传输速率，频谱效率为HSPA的24倍。支持增强型的多媒体广 播组播业务和全分组的包交换，带宽配置灵活，边缘小区的传输速率显著提 高，系统的覆盖性增强。为了达到以上目标，LTE系统采取了趋近于典型全IP 宽带网的扁平化的网络结构，采用了如多输

3、人多输出(世典)、正交频分复用 (0FDM)、混合自动请求重传(HARQ)、自适应调制编码(HARQ)等先进技术。LTE 系统上行采用基于OFDM传输技术的单载波频分多址(SCFDMA)的接入方式.下 行采用OFDMA的接入方式。OFDMA的接人方式与码分多址(CDMA)不同，无法通 过扩频方式消除小区间的干扰，LTE系统又对频谱效率有很高的要求，也不能 通过使用较高复用系数的传统的频率复用方法来减弱干扰，因此，在LTE中， 非常关注小区间的干扰抑制技术。目前，3Gpp讨论的抑制小区间干扰的主要方 式分为3种，即小区间干扰随机化、小区间干扰删除以及小区间干扰协调/避 免。2小区间的干扰抑制技术

4、LTE特有的OFDMA接入方式，使本小区内的用户信息承载在相互正交的不同载 波上，因此所有的干扰来自于其他小区。对于小区中心的用户来说.其本身离基 站的距离就比较近，而外小区的干扰信号距离又较远，则其信干噪比相对较 大：但是对于小区边缘的用户，由于相邻小区占用同样载波资源的用户对其干 扰比较大，加之本身距离基站较远，其信干噪比相对就较小，导致虽然小区整 体的吞吐量较高，但是小区边缘的用户服务质量较差.吞吐量较低。因此，在 LTE中，小区间干扰抑制技术非常重要。2 . 1干扰随机化 对于OFDMA的接人方式，来自外小区的干扰数目有限，但干扰强度较大，干扰 源的变化也比较快，不易估计，于是采用数学

5、统计的方法来对干扰进行估计就 成为一种比较简单可行的方法。干扰随机化不能降低干扰的能量，但能通过给 干扰信号加扰的方式将干扰随机化为“白噪声”，从而抑制小区间干扰，因此 又称为“干扰白化”。干扰随机化的方法主要包括小区专属加扰和小区专属交 织。a）小区专属加扰，即在信道编码后，对干扰信号随机加扰。如图1所示，对小 区A和小区B,在信道编码和交织后，分别对其传输信号进行加扰。如果没有 加扰，用户设备（UE）的解码器不能区分接收到的信号是来自本小区还是来自其 他小区，它既可能对本小区的信号进行解码，也可能对其他小区的信号进行解 码，使得性能降低。小区专属加扰可以通过不同的扰码对不同小区的信息进行

6、区分，让UE只针对有用信息进行解码，以降低干扰。加扰并不影响带宽，但是 可以提高性能。图1小区专属加扰b）小区专属交织，即在信道编码后，对传输信号进行不同方式的交织。如图2 所示，对于小区A和小区B,在信道编码后分别对其干扰信号进行交织。小区 专属交织的模式可以由伪随机数的方法产生，可用的交织模式数（交织种子）是 由交织长度决定的，不同的交织长度对应不同的交织模式编号，UE端通过检 查交织模式的编号决定使用何种交织模式。在空间距离较远的小区间，交织种 子可以复用，类似于蜂窝系统中的频分复用。对于干扰的随机化而言，小区专 属交织和小区专属加扰可以达到相同的系统性能。图2小区专属交织2. 2干扰删

7、除干扰删除的想法最初是在CDMA系统中提出，可以将干扰小区的信号解调、解 码,然后将来自该小区的干扰重构、删除。LTE虽然采用OFDMA的接人方式， 仍然引入了干扰删除的概念。小区间干扰删除的实现方法主要有以下2种。a)利用在接收端的多天线空间抑制方法来进行干扰删除，相关的检测算法在多 输入多输出(Ml MO)的研究中已经被广泛采用。b)基于检N/删除的方法。典型的如采用交织多址(IDMA)删除小区间的干扰， IDMA可以通过伪随机交织器产生不同的交织图案，并分配给不同的小区，接收 机采用不同的交织图案解交织，即可将目标信号和干扰信号分别解出，然后在 总的接收信号中减去干扰信号，进而有效地提高

8、接收信号的信干技术介绍及比 较噪比。另外，在LTE的下行传输中.可以通过不同方式来获得干扰信号的信息。删除 Node B间干扰时，可以通过检测UE端的干扰控制信号来获得干扰信号的信息、； 删除扇区间干扰时，Node B直接使用自己的控制信道向UE发送干扰信号的信 息。显然，接收机获取的干扰信号信息越多，干扰删除的性能越好。小区间干扰删除的优势在于，对小区边缘的频率资源没有限制，相邻小区即使 在小区边缘也可以使用相同的频率资源，可以获得更高的小区边缘频谱效率和 总频谱效率。局限在于小区间必须保持同步，目标小区必须知道干扰小区的导 频结构，以对干扰信号进行信道估计。对于要进行小区间干扰删除的用户，

9、必 须给其分配相同的频率资源。2. 3干扰协调/避免对于0FDMA的接入方式。小区中心的用户由于既不会受到本小区用户的干扰.来 自外小区的干扰源距离又比较远，所以可以达到比较好的接收效果。而对于小 区边缘的用户受到的外小区干扰则比较严重。干扰协调，避免的核心思想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，以减少本小区对相邻小区的干扰，提高相邻小区在这些资源上的信噪 比以及小区边缘的数据速率和覆盖。业界提出了很多干扰协调/避免的方法，本 文将介绍一种被普遍认可的软频率复用方案。在此方案中，每个小区中的子载波被分为两组.一组称为主子载波，另一组称为 辅子载波。主子载波可以在全部小区范围内

10、使用，而辅子载波只可以使用在小 区的中心区域（见图3）o这样对于子载波的分配方式可以使得相邻小区边界使 用的子载波均相图3软频率复用示意图互正交，使用相同频率子载波的用户距离足够远.从而有效地避免或减小相邻小 区在边缘的用户的同频干扰。对于小区中心的用户.由于其本身距离基站较近. 且收到外小区的干扰较小，所以可以采用比较低的功率进行传输，而对于小区 边缘的用户则恰好相反。所以一般情况下，主子载波允许的最大发射功率比辅 子载波允许的最大发射功率高。在功率谱密度一定的情况下，分配给主子载波 更多的功率意味着为主子载波分配了更宽的带宽,辅子载波与主子载波的发射功 率比可在0到1之间进行调整，对应的有

11、效频率复用系数则从3到1间变化。 通过调整辅子载波和主子载波的功率比，软频率复用可以适应每个小区的业务 分布变化。当高业务量发生在小区边缘时，功率比设定为相对较小的值来获得 较高的小区边缘吞吐量;相反，当业务量主要集中在小区内部时.可以设置较大 的功率比。2. 4几种干扰抑制技术的比较对上面介绍的几种对于LTE系统的干扰抑制的方案进行比较，可以看到，干扰 随机化继续沿用CDMA系统成熟的加扰技术，比较简单可行,但面对的问题是将 干扰视为白噪声处理，可能会造成由于统计特性的不同而带来的测量误差。干 扰删除技术可以显著改善小区边缘的系统性能，获得较高的频谱效率，但是对 于带宽较小的业务（如VoIP）则不太适用，在0FDMA系统中实现也比较复杂.后 续对它的研究不多。干扰协调/避免则是目前研究的一项热门技术，其实现简 单，可以应用于各种带宽的业务.并且对于干扰抑制有很好的效果，适合于 0FDMA这种特定的接人方式，但是在提高小区边缘用户性能的同时带来了小区 整体吞吐量的损失。以上3种小区间的干扰抑制方法可以相互结合，相互补 充，以获得更高的系统增益。3结束语LTE系统对频谱效率的要求很高.由此产生的小区间干扰问题是影响系统性能的 重要问题.干扰随机化，干扰消除和干扰协调/避免作为有效的小区间干扰抑制 技术，将会大大提高3GLTE系统的性能，特别是提高小区边缘用户的性能。