无线通信系统小区间干扰控制技术

摘 要 : 小 区 间 干 扰 是 蜂 窝 移 动 通 信 系 统 的 一 个 固 有 问 题 ，严 重 影 响 到 系 统 的 覆 盖 能 力 及 系 统 容 量 。 特 别 是 对 于 小 区 边 缘 用 户 ，将 会 直 接 导 致 他 们 出 现 频 繁 掉 网 或 无 法 接 入 网 络 的 情 况 。 从 现 有 的 研 究 成 果 和 各 种 标 准 化 组 织（LTE、IEEE 802.16m、 UMB）对 小 区 间 干 扰 控 制 的 方 案 来 看 ，小 区 间 干 扰 控 制 主 要 包 括 包 括 干 扰 随 机 化 、 干扰抵消以及干扰协调 3 类方法。文章中主要分析了干扰协调中的 3 种典型技术 —— 部 分 频 率 复 用 、多 基 站 多 输 入 输 出 (MIMO) 和 功 率 控 制 ，并 且 介 绍 了 这 3 种 技 术 在各种标准化组织中的具体实现方案。
Dec. 2011 Vol.17 No.6 2011 年 12 月 第 17 卷第 6 期
51 中兴通讯技术
ZTE TELeabharlann HNOLOGY JOURNAL开发园地 刘 锟等 无线通信系统小区间干扰控制技术
•干扰随机化技术 干扰随机化是一种常用的技术， 通过将相邻小区干扰白化的方法降 低 小 区 间 干 扰 。 其 主 要 优 点 在 于 ：不 会影响接收端调度和接收处理的复 杂 度 ，但 当 系 统 满 载 时 ，干 扰 随 机 化 技术对系统性能的提升有限。干扰 随机化的代表技术为基于基站的扰 码和各种跳频技术。 •干扰协调技术 干扰协调技术主要是在多个小 区 内 对 空 间 、时 间 和 频 域 的 信 道 资 源 及 其 功 率 进 行 有 效 协 调 ，从 而 降 低 相 邻小区间的干扰。其主要技术包括 了 部 分 频 率 重 用 (FFR)、多 基 站 多 输 入 输 出 (MIMO) 以 及 功 率 控 制 技 术 等 。 •干扰抵消技术 干扰抵消技术是将干扰小区的 信 号 解 码 、复 制 ，然 后 在 接 收 到 的 信 号中减去来自该小区的干扰信号。 干 扰 抵 消 技 术 的 优 势 在 于 ：对 小 区 频 率 资 源 的 使 用 没 有 限 制 ；但 其 局 限 是 在 于 ：目 标 小 区 还 必 须 知 道 干 扰 小 区 的 导 频 结 构 ，以 便 对 干 扰 源 进 行 信 道 估 计 。 因 此 ，干 扰 抵 消 技 术 的 信 令 开 销和实现复杂度都比较高。 由 此 可 知 ，干 扰 随 机 化 技 术 对 于 小 区 间 干 扰 抑 制 的 增 益 有 限 ，干 扰 抵 消 技 术 的 开 销 和 实 现 复 杂 度 较 高 ，所 以小区间干扰抑制的实现方法主要 是干扰协调技术。下文将具体介绍 几种典型的干扰协调技术在标准化 组织中的实现方式。
小区的中心区域用户即使占用相同 的频率也不会造成较强的小区间干 扰 ，因 此 小 区 中 心 区 域 用 户 被 分 配 在 复 用 因 子 为 1 的 频 率 复 用 集 ；而 小 区 边缘区域的用户需要采用较高的功 率 发 送 和 接 收 信 号 ，有 可 能 造 成 较 强 的 小 区 间 干 扰 ，因 此 小 区 边 缘 区 域 用 户被分配在频率复用因子为 N 的频 率 复 用 集 ，以 减 小 相 邻 小 区 边 缘 区 域 使用的资源在时间和频率上的冲突， 降 低 干 扰 数 量 级 ，提 高 信 号 的 接 收 信 噪 比 ，从 而 提 高 系 统 小 区 边 缘 甚 至 整 个系统的服务质量。
2 干扰协调技术
2.1 FFR FFR[2] 技 术 主 要 通 过 对 各 小 区 上
下行信道使用的时频域资源及其功 率配置做出一定的限制来达到抑制 小区间干扰的目的。
2.1.1 总体策略 FFR 通常将频率资源分为若干个
频 率 复 用 集 ，小 区 中 心 区 域 的 用 户 可 以 采 用 较 低 的 功 率 发 射 和 接 收 ，相 邻
Key words: Inter-cell interference control; fractional frequency reuse; Multi-BS MIMO; power control
1 干扰控制技术概况
小区 间 干 扰 [1] 是 蜂 窝 移 动 通 信 系 统 的 一 个 固 有 问 题 ，严 重 影 响 了 系 统 性 能 ，其 形 成 原 因 是 各 个 小 区 中使用相同频率资源的用户会相互 干扰。图 1(a) 为上行链路的小区间干 扰 情 况 ，基 站 (BS1) 和 BS2 分 别 为 移 动 终 端 (MS1) 和 MS2 的 服 务 基 站 ，假 设 BS1 分配给 MS1 用于上行传输的子载波集 合 为 SC1，BS2 分 配 给 MS2 用 于 上 行 传 输 的 子 载 波 集 合 为 SC2，SC1 和 SC2 的
降低小区间干扰是蜂窝系统设 计 的 一 个 重 要 目 标 ，从 现 有 的 研 究 成 果 和 各 种 标 准 化 组 织 的 研 究 项 目 ，如 3GPP 的 长 期 演 进 (LTE)、IEEE 的 802.16 m、3GPP2 的 增 强 型 移 动 宽 带 (UMB) 中 对 小 区 间 干 扰 控 制 的 处 理 方 式 来 看 ，小 区 间 干 扰 控 制 的 技 术 包 括 3 类。
关 键 词 : 小 区 间 干 扰 控 制 ；部 分 频 率 复 用 ；多 基 站 多 输 入 输 出 ；功 率 控 制
Abstract: Inter-cell interference is an inherent problem in cellular mobile communication systems and seriously impacts coverage and capability of a system. For cell edge users, inter-cell interference results in frequent dropping from the network or denial of access to the network. Most standards organizations have conducted research into inter-cell interference control for LTE, IEEE 802.16m, and UMB. As a result, different methods have been devised to deal with the problem, including inter-cell interference randomization, inter-cell interference cancellation, and inter-cell interference coordination. This paper introduces three kinds of effective inter-cell interference coordination technologies: fractional frequency reuse, multi-BS multiple-input multiple-out-put (MIMO), and power control. This paper also introduces the schemes implemented by standards organizations.
胡留军/HU Liujun
(中兴通讯股份有限公司 无线预研部， 广 东 深 圳 518057)
(Wireless Technology Preresearch Department, ZTE Corporation, Shenzhen
518057, China)
MS1 发 送 的 无 线 信 号 。 对 于 MS2 和 BS2 来 说 ，这 些 来 自 MS1 的 信 号 就 是 干 扰 。 图 1(b) 为 下 行 链 路 ，也 会 遇 到 和 上行链路类似的干扰问题。如果小 区 间 干 扰 严 重 ，将 会 直 接 影 响 到 系 统 的 覆 盖 能 力 及 系 统 容 量 ，特 别 是 小 区 边 缘 用 户 ，将 会 直 接 导 致 他 们 出 现 频 繁掉网或者无法接入网络的情况。
2.1.2 标准化方案 (1) 802.16m 标准方案 图 2 所 示 为 IEEE 802.16m 标 准 中
的 下 行 FFR 方 案 。 [3-4] 该 方 法 将 整 个 频率资源划分为 4 个频率分区。其 中 ，频 率 分 区 0 的 频 率 重 用 因 子 为 1， 频率分区 1、频率分区 2 和频率分区 3 的 频 率 重 用 因 子 为 3，并 且 每 个 频 率 分区都配置了不同的发射功率级 别。存在一种简单的基站主导的 FFR 实 现 方 法 ，例 如 ，对 于 扇 区 1 而 言 ，频 率 分 区 1 的 子 载 波 的 发 射 功 率 很 高 ，相 邻 扇 区 2 和 相 邻 扇 区 3 在 频 率分区 1 的子载波的发射功率相应 偏 低 ，这 样 对 于 扇 区 1 中 分 配 了 频 率 分 区 1 资 源 的 终 端 来 说 ，受 到 的 小 区 间 同 频 干 扰 的 强 度 就 会 降 低 ，所 以 这 部 分 资 源 适 用 于 边 缘 用 户 使 用 ；频 率 分 区 0、频 率 分 区 2 和 频 率 分 区 3 的 子 载 波 的 发 射 功 率 相 对 较 低 ，并 且 受 到的相邻扇区 2 和相邻扇区 3 的小区 间 干 扰 强 度 较 大 ，不 适 合 边 缘 用 户 使 用 ，并 且 考 虑 到 中 心 用 户 靠 近 扇 区 中 心 ，传 播 损 耗 较 小 ，受 到 来 自 相 邻 扇 区 2 和相邻扇区 3 的同频干扰较小， 即使子载波的发射功率相对较低也 不会对于中心用户的数据传输造成 明 显 影 响 ，所 以 可 以 将 频 率 分 区 0、 频率分区 2 和频率分区 3 分配给中心 用户使用。