LTE干扰协调技术专题-李勇

LTE小区间干扰协调研究第一章、现状LTE系统中采用正交频分复用传输技术，各子载波之间是正交的。

相对CDMA系统，LTE系统解决了小区内部的干扰，但作为代价，LTE系统小区之间的干扰比CDMA系统更加严重。

为了降低小区间的干扰，可以采用频率复用的方法。

高的频率复用系数可以有效地抑制小区间干扰，但频谱利用率却大大降低。

然而，未来的宽带移动通信系统对频谱利用率提出很高的要求，在保证频谱利用率的前提下，如何有效地抑制小区间干扰已成为业界研究的焦点。

因此，研究如何抑制LTE系统中的小区间干扰具有十分重要的意义。

目前正在研究的LTE系统干扰抑制技术包括小区间干扰随机化（ICI Randomization)、小区间干扰消除（ICI Cancellation)和小区间干扰协调（ICI Coordination)。

这三种技术都能够在一定程度上降低小区间的干扰，但干扰协调技术被认为是最有效和可实现性最高的技术，也是目前各公司和研究组织研究的焦点。

本文将主要给大家介绍了几种典型的干扰协调技术，并通过经典方案展示这些技术在现阶段的运用。

第二章、干扰协调控制原理小区间干扰协调的方法很多，但基本的原理都是对下行资源管理设置一定的限制，以协调多个小区的动作，避免产生严重的小区间干扰。

这种限制可以是对频率资源调度的限制，即避免干扰小区使用可能造成干扰的频率资源，也可以是对某个频率资源内发射功率的限制，如控制干扰小区在可能造成干扰的频率资源内的发射功率。

这种限制可能是改进接收机的接收载干比(C/I)，从而改进服务小区边缘的数据率和覆盖情况。

对频率资源调度的限制，可以看作一种“软频率复用”；对发射功率的限制，可以看作一种“部分功率控制”。

结合小区间实际情况来统一调度频率与功率资源可以认为是“系统调度控制”。

下面将一一介绍这三种基本控制原理。

2.1频率复用2.1.1软频率复用如果将干扰协调和传统频率复用进行对比，则可以将干扰协调看作一种“分数频率复用”(Fractional Frequency Reuse)或“软频率复用”。

干扰协调实际上是通过有限制的频域调度来实现的。

如图所示，按照常理，eNodeB对小区中心的终端采用较低的功率发射，因此可以认为在这些频带上的信号能量能够较好地被限制在小区内部，而不会对相邻小区造成明显干扰。

而对小区边缘的终端，eNodeB需要采用较高的功率发射，因此其信号能量很可能延伸到小区边界，而对相邻小区造成严重的干扰。

软频率复用的原理就是允许小区中心的用户自由使用所有频率资源，相应频带上的eNodeB发射功率较小；而对小区边缘的用户只允许它们按照频率复用规则使用一部分频率资源，相应频带上的eNodeB发射功率较大。

如图2-1所示，可以将整个系统的频率源分为三段，小区1的边缘只使用第一段频率，小区2、4、6的边缘只使用第二频率，小区3、5、7的边缘只使用第三段频率。

这样就相当于对小区中心采用复用为1的频率复用，而对小区边缘采用复用为3的频率复用，其结果是整个系统的复用系数介于1和3之间，通常是一个分数，因此这种频率复用方式称为“分数复用”或“软复用”。

图2-1软频率复用方案2.1.2频率预留在实际的通信系统中，各小区的负载情况以及用户在小区内的分布情况都是随时变化的。

各小区边缘用户可用的频率资源有限，当小区边缘负载超过一定限度后，部分边缘用户将没有可用的频率资源，从而导致边缘用户性能急剧恶化。

为了解决边缘用户性能恶化的问题，我们在做频谱划分时。

每个小区可用的边缘频率可划分为基本的和预留的两个部分。

在为低边缘负载小区分配频率资源块时，优先分配基本的边缘频率资源块，小区的预留边缘频率资源块基本上都是未使用的。

因此，低边缘负载的小区集合可借用的频率资源块数量较多，满足了高边缘负载小区对资源块的需求。

此外，该频率资源块借用算法具有计算复杂度低，实现简单的特点。

因为低边缘负载小区只允许将其预留边缘资源块借用出去，当计算低边缘负载小区哪些频率资源块可借出时，只需计算预留频率资源是否空闲即可，从而降低了借用算法的计算复杂度，也很容易于实现。

2.2部分功率控制能够取得与软频率复用类似的干扰协调效果的方法是“部分功率控制”。

即如果一个小区使用和相邻小区不同的频率资源，可以采用全功率发射：如果一个小区使用了和相邻小区重叠的频率资源，则必须限制发射功率。

传统的完全功率控制，只是根据每个UE的需要调整发射功率，直到达到一个期望的SINR值。

但是从抑制小区间干扰、优化系统整体小区边缘性能的角度考虑，这样的策略并不一定适当。

因为如果一个UE使用的频带和相邻小区使用的频带重合，随意地提高该频带的发射功率很可能是“照颐了局部利益，损害了整体利益”。

因此对可能造成小区间干扰的“敏感频带”，应该适当降低期望值”，只进行适度的功控。

这样，虽然单个UE的接收SINR可能受到损失，但整体的系统容量却可以提高。

2.3系统调度控制无论采用频域调度还是功率控制的方式实现小区间干扰协调，都必须基于UE的测量和上报，有可能还需要依赖eNode之间的信息交互。

这些也是是否能有效地实现干扰协调的关键因素。

系统调度控制在通信系统中实现上可以分为集中式和分布式两种形式。

集中式系统调度控制假设通信网络中存在一种网络中心设备，它拥有整个网络的信息。

该中心设备根据整个网络信息，例如所有用户的信道信息以及用户间的相互干扰，统筹地进行子载波和功率的分配。

然而，LTE系统具有扁平化的网络结构，网络中不存在拥有全局信息的中心设备，因此系统中的系统调度控制多采用分布式形式，这也是目前研究的焦点。

第三章、干扰协调具体方案根据上述干扰协调基本原理并通过不同的频谱、功率、调度资源分配方法和其他技术支撑，干扰协调技术可以分为静态干扰协调、自适应干扰协调和联合干扰协调。

静态干扰协调是通过软频率复用和部分功率控制的组合来进行小区干扰协调，自适应干扰协调是通过预先设计好小区频谱、功率，然后通过系统算法实时验证是否合理，并及时作出调整。

联合干扰协调则是通过传统的干扰协调与分集技术通过多点协作来实现改善边缘和平均扇区吞吐量的技术。

3.1静态干扰协调方案静态干扰协调指的是小区用户可以使用的频谱资源预先划分好，再按照一定的调度原则分配给各用户使用。

不同的频谱划分与分配方案表现出不同的小区间干扰和系统性能。

目前业内运用较广的是软频率复用技术方案。

软频率复用（Soft Frequency Reuse）是传统频率复用（Frequency Reuse）技术的进一步发展。

与传统频率复用技术不同的是，在软频率复用技术当中，一个频率在一个小区当中不再定义为用或者不用，而是用发射功率门限的方式定义该频率在多大程度上被使用，系统的等效频率复用因子可以在1到N之间平滑过渡。

3.1.1方案描述软频率复用技术方案是根据用户距离小区基站的距离或用户信干噪比门限将每个小区内的用户分为中心用户和边缘用户。

SFR方案将3个小区划分为一个小区簇，簇中每个小区边缘分配到的频谱资源数为整个频谱资源的1/3，从而其频率复用因子为3，相邻小区边缘分配到的频谱资源始终是不重叠的。

由于边缘用户到相邻其它小区的基站较近，对其干扰较大，所以这种频谱划分方案的最大优点是降低了相邻小区边缘用户间的同频干扰。

因为小区中心用户对相邻小区的干扰较小，从而没有频谱资源使用上的限制，可以使用整个频谱资源。

其频谱划分与分配如图3-1所示：图3-1软频率复用方案频谱划分为了更好地保证小区边缘用户性能并降低中心用户对相邻小区的干扰，软频率复用方案还对小区用户的发射功率进行了规定，小区簇中第i个小区边缘用户和中心用户时刻/在频率/上的发射功率分别为：P i边(f，t)=P max,f∈F i（1）（2）上述两个公式中，P max表示用户的最大发射功率，α∈(0,l)。

F i为小区第i个边缘用户可用的频谱资源。

方案中各小区在不同频谱上的发射功率如图3-2所示：图3-2软频率复用方案各小区在不同频谱的发射功率从发射功率的设置上可以看出，小区中心用户以较低的功率发射，小区边缘用户以较高的功率发射。

因为中心用户离小区基站较近，信道条件好，以较低的发射功率就可以达到一定的性能。

此外，中心用户以较低功率发射，降低了对相邻小区用户的干扰，尤其是对相邻小区边缘用户的干扰。

然而，小区边缘用户离基站较远，信道条件差，只有通过较高的发射功率才能保证其性能。

3.1.2方案总结软频率复用技术方案可以明显地降低用户间的干扰，尤其是边缘用户间的干扰，从而使得小区边缘用户的性能得到了较大幅度的提高。

然而，软频率复用技术方案方案有两个显著的缺点，一是小区边缘的频谱利用率较低，限制了小区边缘的性能。

二是小区频谱资源采用固定的划分方式，不能够适应各小区负载的变化，从而难以得到稳定的用户性能，一定程度上限制了该方案的实际应用。

3.2自适应干扰协调方案针对静态干扰协调因固定的频谱资源分配而无法适应负载变化的问题。

业内提出了动态的自适应干扰协调方案。

自适应干扰协调方案能够根据小区边缘负载的变化及时地调整频谱资源的分配，并采用发送功率等级来控制覆盖率的大小，从而提高对小区负载变化的适应性。

自适应干扰协调方案中，有很多种模式，如图3-3所示举例了4种固定的模式。

如下：1.模式1频率复用因子为1。

2.模式2采用软频率复用，整个频段被分成高功率和低功率两部分，其中较低的功率是较髙功率的1/2。

通过部分功率控制减少系统内干扰，提高系统性能和效率。

3.模式3和2比较相似，也是采用软频率复用，整个频段被分成高功率和低功率两部分，其中较低的功率是较高功率的1/4。

4.模式4频率复用因子为1/3。

在局部形成一个复用因子为1/3软频率复用方案，降低干扰，从而保障用户的业务需求。

图3-3自适应FFR模式基站可以使用设定好的算法标准来决定是否切换至更高级的模式。

自适应干扰协调方案的过程，可以认为包括以下几个步骤：1.每个基站由模式1开始，通过UE上报的反馈信息来跟踪覆盖问题。

2.如果基站处于模式1，检测到问题（比如小区内等待接收数据的用户个数超过了一定门限），那么基站切换到模式2并且发送一个信息给相邻节点表中的成员，令其使用至少模式2。

如果某个邻居已经使用模式2或者更高的等级，那么不需要进行切换。

3.动态建立相邻基站表。

为了简化基站间的信息交互，本章的仿真只完成相邻的三个小区之间的协作，可以省略这一步，默认该表中存储地理位置上相邻的两个小区。

4.基站转换为另一种模式，同时发送一个确认信号给请求的基站，并将新模式信息发给表中邻居。

5.若基站处于模式2(或更高的模式）检测到不再存在覆盖问题（比如，用户信号强度高于运行在该高级别模式所需要的强度），基站发送信息给它的邻居说明它更倾向的模式。