LTE小区间干扰协调(ICIC)策略

LTE小区间干扰协调（ICIC）策略
1.概述
在LTE的上、下行使用了OFDMA/SC-FDMA多址接入技术，用正交子载波区分不同的用户，即为小区内不同用户分配不同的时频资源，因此小区内不同用户之间的干扰就可以基本消除。

但是由于LTE是
同频组网，位于相邻小区的两个用户完全可能使用相同的时频资源块，从而相互之间产生干扰，这被称为小区间干扰（Inter Carrier Interference, ICI）。

假设处于eNodeB 1的边缘的UE 1正在上行链路发送数据，而在eNodeB 2的覆盖范围内的UE 2正用和UE 1相同的时频资源在上行
链路上传数据，于是UE1就成了UE2的干扰源。

同样，假设处于eNodeB 1的边缘的UE 1正在接收下行链路的数据，而在eNodeB 2的覆盖范围内的UE 2也在下行链路用和UE 1相同的
时频资源接收数据，于是eNodeB 1的信号会干扰UE 2，而eNodeB 2的信号会干扰UE 1。

小区间的干扰控制技术主要包括：
（1）干扰消除技术（IC，Interference Cancelation）；
（2）小区间干扰协调技术（ICIC，Inter-Cell Interference Coordination）；
（3）干扰随机化技术
另外，智能天线技术和功率控制技术也可以作为小区间干扰抑制技术的补充。

干扰随机化技术不是消除干扰，而是将干扰白噪声化。

方法包括：加扰（Scrambling）、交织多址（Interleaving Division Multiple Address，IDMA）和调频（Frequency Hopping）等。

干扰删除技术（IC）就是将本小区和同频邻区的信号都进行解调和解码，利用小区间干扰的相关性，将各自的干扰信号、有用信号加以分离。

小区间干扰删除技术（IC）允许相邻小区的用户使用同样的时、频资源，可以支持彻底的同频组网。

小区间干扰协调技术（ICIC）是通过协调本小区和相邻小区选用不同的时频资源。

eNodeB中的ICIC模块决定资源调度器scheduler能
够使用哪些时频资源，或者特定的时频资源的发射功率的大小，以避
免产生较大的小区间干扰。

就像开车时，通过接听实时的路况播报，绕开拥堵路段，避免相互影响。

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VolP)则不太适用，在OFDMA系统中实现也比较复杂.后续对它的研究不多。

干扰协调技术（ICIC）是目前研究的一项热门技术，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OFDMA 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。

因此这里主要分析小区间干扰协调技术（ICIC）。

2.小区间干扰协调技术（ICIC）
干扰对数据速率的影响分析如下：
如果用户k不受任何干扰影响，则第f个子帧中的第m个资源块RB所能达到的数据速率为：
其中H k s(m,f)是从服务小区s到用户k的信道增益，P s(m,f)是服务小区s的发射功率，N0是噪声功率。

如果邻近小区也在发射相同的时频资源，则用户k的数据速率下降为：
其中系数i代表所有生成干扰的小区。

因此用户k的速率损失为：
假设某个移动通信系统由两个小区（s 1和s 2）组成，每个小区里面各有一个活跃用户（k 1和k 2）。

每个用户从其服务小区获得想要的信号，同时受到另一个小区的干扰影响。

在第一种场景中，每个用户都处于靠近eNodeB 的位置（见图1）。

这时来自邻小区的信道增益远小于服务小区的信道增益，即
|H k 1s 1(m,f)|≫|H k 1s
2(m,f)| 以及
|H k 2s 2(m,f)|≫|H k 2s
1(m,f)|
图1
在第二种场景中，两个用户都位于靠近小区边缘的位置（如图2）。

这时，来自邻小区的信道增益和服务小区的信道增益大致相当，即
|H k 1s 1(m,f)|≈|H k 1s
2(m,f)| 以及
|H k 2s 2(m,f)|≈|H k 2s
1(m,f)|
图2
因此，这个通信系统（包含两个eNodeB和两个4G用户）的容量是：
根据上面这个方程式可以得知，两种场景下基站的最佳发射功率不一样。

在第一种场景，当两个基站都以最大功率发射时，系统能获得最大的总数据吞吐量；在第二种场景，要想获得最大的总数据吞吐量，最好只有一个基站以最大功率发射，而另一个基站则关机。

因此eNodeB调度器必须先了解用户在基站附近还是基站边缘，然
后区别对待。

每个小区可以分成两组——内组和外组。

内组的用户受到的干扰很小，和服务小区通信时不需要很大的发射功率，因此频率复用因子可以是1。

而外组的用户存在调度限制：当调度器给该用户分配特定的
时频资源时，如果相邻小区都没有发射任何信号，则系统容量达到最大；如果做不到这样，那么小区的发射功率就必须保持在较低水平，以免对其它小区造成干扰。

为了协调不同小区的资源调度过程，小区之间必须有信息交流途径。

如果相邻小区位于同一个eNodeB，则调度协调策略可以在eNodeB
内部完成；如果相邻小区位于不同的eNodeB，则需要特定的信令消息。

在LTE中，ICIC主要用于协调频域资源而不是时域资源，因为
时域资源的协调会与HARQ过程相冲突。

信息交流分为两种情况：（1）事前规避。

过载发生前，尽量控制
干扰，减少过载发生的概率；2）事后控制。

过载发生之后，快速降
低干扰，使之恢复正常工作。

事前规避的ICIC是提前规划后每个小区边缘用户的可用时频资源，以及哪些时频资源可以用大功率发射。

服务小区吧边缘用户的资源分配情况事先通知可能产生干扰的邻小区，让后者预做准备。

频率软复
用（Soft Frequency Reuse，SFR）和部分频率复用（Fractional Frequency Reuse，FFR）是事前规避的ICIC的重要方法，目的是提高小区边缘的频率复用因子，改善小区边缘的性能，降低小区间的干扰。

FFR和SFR的区别在于参与复用的频率范围和数量不一样。

FFR 只拿出一部分频率在小区边缘进行复用，而SFR允许所有频率在小区边缘复用。

在其它方面两者完全一致。

FFR的示意图如下：
事前规避的方式仅适用于小区边缘低负荷的场景。

当小区边缘负荷较高的时候，各小区边缘用户占用的资源较多，基本没有空闲可供灵活调度的时频资源，事前规避的方式就不适用了。

事后控制的ICIC通过在基站之间交互负载信息，了解邻区的资源使用以及干扰情况；在调度本小区的UE时，或者避开邻区已经使用的RB，或者在这些RB上降低功率发送。

同时把自己的资源利用情况告诉邻区，尽量避免邻区间的资源碰撞，来达到干扰协调的目的。

事后控制的ICIC在基站之间的信息交互分上行链路和下行链路两种情况。

在下行链路，X2接口上定义了一个叫RNTP（Relative Narrowband Transmit Power）的位元图，以减少不同小区下行链路的相互干扰。

RNTP的每一个比特代表了频域上的一个RB，因此这个比特可以告
诉相邻小区，“我已经用了这个RB，如果你也要用这个RB，请降低它的发射功率。

”
在上行链路，LTE定义了两个消息以帮助减少不同小区的上行链路的相互干扰。

（1）OI（Overload Indicator）。

当基站测量的PRB上行干扰（Interference Over Thermal Noise，IOT）超过一定门限时，即满足了OI的触发条件。

OI分高、中、低三个级别，由测量到干扰的小区确定。

相邻小区收到OI指示后，了解到服务小区哪些上行资源受到干扰后，确认是否由自己引起的干扰，若是则进行降干扰处理。

降干扰措施有：a)在相应PRB上降低发射功率；b)不使用干扰过大的PRB，让UE使用性能好的时频资源。

为了避免增加系统的信令负荷，OI的最小周期是20ms。

（2）HII（High Interference Indicator）。

HII通知相邻小区，本小区在未来一段时间里将分配哪些PRB给边缘用户，因此可能对相邻小区的这些频域资源产生干扰。

因此相邻小区为用户调度上行资源时必须考虑这个情况，要么不要为边缘用户分配这些PRB，要么只为可接受较低发射功率的内组用户分配这些PRB，要么完全不使用这些PRB。

和OI类似，HII也是一个位元组，每个比特代表1个RB。

HII的发送周期不小于20ms。

另外，上行链路的降干扰措施还包括功率控制技术。

ICIC策略分为静态和半静态两种。

如果是静态干扰协调，则主要取决于小区规划设置，动态重配置的情况很少。

这种策略可以减少X2接口的信令负荷，但有些时候的干扰协调效果比较差。

对于静态干扰协调，小区边缘用户固定使用预留的部分带宽资源，小区中心可使用整个带宽资源，在整个时间轴上分配的频率资源是固定不变的。

半静态干扰协调需要频繁使用X2信令，但能提高干扰协调效果。