3GPP LTE小區(qū)間干擾協(xié)調方案研究

　　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，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長期演進的主要內容包括縮短傳輸延遲，提高用戶數(shù)據率，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/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/躲避方式。

　　2 干擾協(xié)調/躲避方案

　　總體來說，干擾協(xié)調/躲避是通過小區(qū)間的協(xié)調對一個小區(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)調包括靜態(tài)/準靜態(tài)協(xié)調和動態(tài)協(xié)調。靜態(tài)干擾協(xié)調方式指資源限制的協(xié)商和實施在部署網絡時完成，在網絡運營的時期可以調整，但調整的頻率較慢，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，根據網絡負荷、UE測量情況等因素調整資源限制的模式，形成準靜態(tài)干擾協(xié)調方式，如LGE，TI，Alcatel，Qualcomm等公司的提案。

　　動態(tài)干擾協(xié)調方式指資源限制的協(xié)商在網絡運營時期動態(tài)調整，調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)調提案。

　　2.1 靜態(tài)干擾協(xié)調

　　靜態(tài)干擾協(xié)調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，然后根據業(yè)務分布，動態(tài)調整頻率的分配，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。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整所分配的頻點。

　　2.2 動態(tài)干擾協(xié)調

　　動態(tài)干擾協(xié)調主要通過Node B的實時調度，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