3GPP LTE小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)方案研究

　　1 引 言

　　隨著HSDPA和HSUPA等技術的發(fā)展，3GPP無線接人技術在今后幾年內(nèi)將會具有非常高的競爭力。但是為了保證3GPP在今后很長的一段時間內(nèi)，比如今后10年以上具有競爭性，則必須考慮3GPP無線接入技術的長期演進(Long Term Evolution，LTE)。在3GPP TR25.814中指出，3GPP長期演進的主要內(nèi)容包括縮短傳輸延遲，提高用戶數(shù)據(jù)率，提高系統(tǒng)容量和覆蓋，減少運營商的成本等。

　　對于運營商來說，無線接入技術和接入網(wǎng)絡最重要的性能指標是頻譜利用率和業(yè)務QoS保障。為了達到高的頻譜效率，在部署網(wǎng)絡時要盡可能使頻率復用因子接近1。為了提供令人滿意的服務，需要保證用戶，特別是小區(qū)邊緣用戶的QoS。對于采用OFDM技術的LTE系統(tǒng)，由于其物理層技術自身沒有小區(qū)間干擾抑制的機制，如果采用頻率復用因子為1，會導致小區(qū)間的干擾水平增大，特別是位于小區(qū)邊緣用戶的性能會受到極大損失。為提高小區(qū)邊緣的數(shù)據(jù)速率，提高系統(tǒng)的頻譜利用率，必須有效減輕小區(qū)間干擾。

　　目前，3GPP內(nèi)討論的減輕小區(qū)間干擾的方式分為3類：小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)/躲避;小區(qū)間干擾隨機化;小區(qū)間干擾刪除。除此之外，在基站使用波束成型天線是一個通用的減輕小區(qū)間干擾的方式。本文重點討論小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)/躲避方式。

　　2 干擾協(xié)調(diào)/躲避方案

　　總體來說，干擾協(xié)調(diào)/躲避是通過小區(qū)間的協(xié)調(diào)對一個小區(qū)的可用資源進行某種限制，以提高鄰小區(qū)在這些資源上的SIR、小區(qū)邊緣的數(shù)據(jù)速率和覆蓋。資源包括時域和頻域資源以及發(fā)射功率。在頻域上限制資源的使用，使得頻率復用系數(shù)大于1。

　　小區(qū)間的協(xié)調(diào)包括靜態(tài)/準靜態(tài)協(xié)調(diào)和動態(tài)協(xié)調(diào)。靜態(tài)干擾協(xié)調(diào)方式指資源限制的協(xié)商和實施在部署網(wǎng)絡時完成，在網(wǎng)絡運營的時期可以調(diào)整，但調(diào)整的頻率較慢，大于一個業(yè)務會話的持續(xù)時間。比較典型的靜態(tài)干擾協(xié)調(diào)方式是華為、西門子等公司提出的軟頻率復用方案。在靜態(tài)規(guī)劃的基礎上，根據(jù)網(wǎng)絡負荷、UE測量情況等因素調(diào)整資源限制的模式，形成準靜態(tài)干擾協(xié)調(diào)方式，如LGE，TI，Alcatel，Qualcomm等公司的提案。

　　動態(tài)干擾協(xié)調(diào)方式指資源限制的協(xié)商在網(wǎng)絡運營時期動態(tài)調(diào)整，調(diào)整的時間尺度為幾個到幾十個TTI，遠小于一個業(yè)務會話的持續(xù)時間。比較典型的動態(tài)干擾協(xié)調(diào)方式是Nortel、Lucent公司的方案，LGE、Alcatel、TI、Qualcomm等公司也都有相應的動態(tài)協(xié)調(diào)提案。

　　2.1 靜態(tài)干擾協(xié)調(diào)

　　靜態(tài)干擾協(xié)調(diào)方案使用軟頻率復用因子，即頻率復用因子是可變的。小區(qū)中心的頻率復用因子為1，小區(qū)邊緣的頻率復用因子為3。如圖1所示。

　　小區(qū)中心所用的子頻帶用較小的發(fā)射功率，設為Pintra。小區(qū)邊緣所用的子頻帶用較大的發(fā)射功率，設為Pedge。定義Power Radio=Pintra/Pedge。當Power Radio=0時，相當于頻率復用因子為3的小區(qū)復用;當Power Radio=1時，相當于頻率復用因子為1的小區(qū)復用;Power Radio的大小可以基于業(yè)務分布的變化進行動態(tài)調(diào)整，隨著Power Radio的減少，CEU的數(shù)量增多，CCU的數(shù)量減少。

　　這種干擾協(xié)調(diào)方式還可以進一步演化為半靜態(tài)的。首先為每個小區(qū)的所有扇區(qū)預留相同的子頻帶，然后根據(jù)業(yè)務分布，動態(tài)調(diào)整頻率的分配，使邊緣的子頻帶比例隨業(yè)務分布的變化而變化。半靜態(tài)干擾協(xié)調(diào)需要Node B與RNC之間的信令交互，交互步驟如下：

　　(1) 每個Node B通過信令告訴RNC其小區(qū)邊緣的業(yè)務量。

　　(2) RNC根據(jù)各小區(qū)的業(yè)務量大小按比例分配相應的頻帶給各小區(qū)。

　　(3) 若結合時域調(diào)度使用，則RNC同時通知各小區(qū)預留時隙的分配。

　　若要采用時域調(diào)度，需要ETUR支持各Node B之間的同步機制。在此前提下，RNC將不同的時隙分配給各Node B，供其與小區(qū)邊緣用戶通信使用。

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　　LGE提出的抑制干擾方案也屬于準靜態(tài)干擾協(xié)調(diào)。第一種方法是將總的可用帶寬分為若干個塊，相鄰小區(qū)相同區(qū)域使用相同的頻率塊(同一小區(qū)不同區(qū)域使用不同的頻率塊)，從而減小Node B間發(fā)生同頻干擾的概率，這種方案比較容易實現(xiàn)。在用戶分布均勻時，可以很好地抑制干擾，提高系統(tǒng)性能。但當用戶不均勻分布，存在一些頻率塊不夠用，而另一些頻率塊沒有被使用，嚴重導致系統(tǒng)性能惡化。LGE的第二種方法是基于優(yōu)先級的資源分配。在相鄰小區(qū)中，對于不同的頻率塊賦予不同的優(yōu)先級，如圖1軟頻率復用為了在3個相鄰小區(qū)內(nèi)抑制小區(qū)間干擾，整個帶寬被分為3個頻帶塊來抑制小區(qū)間干擾，如圖2所示。

　　Qualcomm從圖論中著色集合復用的角度來考慮干擾抑制問題，通過使用著色可以盡可能降低各個小區(qū)間的同頻干擾，從而獲得最大的容量和小區(qū)邊緣速率的提升。對于每個UE，系統(tǒng)分配給他一個頻率復用策略，且每種策略對應一個頻率復用集合，頻率復用集合是由對當前小區(qū)干擾最嚴重的若干小區(qū)組成的集合。為了實現(xiàn)通過動態(tài)調(diào)整頻率復用來減小小區(qū)間干擾，可以使用不斷改變UE的頻率復用集合來表示。若發(fā)現(xiàn)來自某個小區(qū)某些頻點的干擾很大則將其加入頻率復用集合并相應調(diào)整所分配的頻點。

　　2.2 動態(tài)干擾協(xié)調(diào)

　　動態(tài)干擾協(xié)調(diào)主要通過Node B的實時調(diào)度，在相鄰小區(qū)間協(xié)涮無線資源的使用，以達到干擾抑制的作用。由于OFDM技術的使用，資源凋度可以分別在時域和頻域兩個維度上實現(xiàn)。

　　Nortel的方案通過時頻分配來抑制小區(qū)間干擾，其基本的時頻資源單位為{1符號