淺談LTE小區間干擾抑制技術

【摘要】 主要介紹了LTE采用的干擾抑制方法，并對下行干擾抑制技術進行了比較。

【關鍵詞】 LTE 下行 上行 小區間干擾 干擾抑制

1.LTE簡介

LTE項目是3G的演進，是3G與4G技術之間的一個過渡。LTE作為下一代移動通信的統一標準，具有高頻譜效率、高峰值速率、高移動性和網絡架構扁平化等多種優勢。在20MHz頻譜帶寬下能夠提供下行100Mbps與上行50Mbps的峰值速率。LTE采用了高階調制、自適應調制和編碼（AMC）、混合自動重傳請求（HARQ）、宏分集、OFDM、多入多出（MIMO）等關鍵技術。OFDM系統雖然保證了小區內用戶的正交性，但無法實現自然的小區間多址。如果不采取額外設計，將面臨嚴重的小區間干擾。因此，在LTE中，非常關注小區間的干擾抑制技術。

2.下行小區間干擾抑制技術

OFDM作為LTE的核心技術，通過正交頻率子信道區分用戶，小區內用戶之間的干擾基本可以避免。在同頻組網情況下，鄰小區間將存在干擾。下面介紹幾種小區間干擾抑制技術：

2.1波束賦形天線技術

在基站采用波束賦形天線技術可以看做一種下行干擾抑制技術。普通的扇區天線形成的波束是覆蓋整個扇區的，因此必定會和相鄰小區的扇區波束重疊，從而造成小區間干擾。波束賦形天線的波束是指向UE的窄波束，因此只有在相鄰小區的波束發生碰撞時才會造成小區間干擾，在波束交錯的時候就可以有效地回避小區間干擾。

2.2干擾隨機化技術

干擾信號隨機化不能降低干擾的能量，但能使干擾的特性近似“白噪聲”，從而使終端可以依賴處理增益對干擾進行抑制。干擾隨機化的方法主要包括以下兩種：

2.2.1小區特定的加擾

對各小區信號在信道編碼和信道交織后采用不同的偽隨機擾碼進行加擾，以獲得干擾白化效果。

LTE采用504個小區擾碼（和504個小區ID綁定）區分小區，進行干擾隨機化。

2.2.2小區特定的交織

也稱交織多址（IDMA），就是對各小區的信號在信道編碼后采用不同的交織圖案進行信道交織，以獲得干擾白化效果。

交織圖案與小區ID一一對應。相距較遠的兩個小區之間可以復用相同的交織圖案。

2.3 干擾消除技術

對干擾小區的干擾信號進行某種程度的解調甚至解碼，然后利用接收機的處理增益從接收信號中消除干擾信號分量。干擾消除的方法主要包括以下兩種：

2.3.1基于多天線接收終端的空間干擾抑制技術

這種技術又稱為干擾抑制合并（IRC）接收技術。它不依賴任何額外的發射端配置，只是利用從兩個相鄰小區到UE的空間信道差異區分服務小區和干擾小區的信號。理論上說，配置雙接收天線的UE應可以分辨兩個空間信道。這項技術雖然不需要對發射端做任何額外的標準化工作，但不依賴任何額外的信號區分手段，而僅依靠空分手段，很難取得滿意的干擾消除效果。而且這項技術是接收機實現技術，并不需要進行標準化。

2.3.2基于干擾重構/減去的干擾消除技術

這種技術是通過將干擾信號解調/解碼后，對該干擾信號進行重構，然后從接收信號中減去。如果能將干擾信號分量準確減去，剩下的就是有用信號和噪聲。這無疑是一種更為有效的干擾消除技術，當然由于需要完全解調甚至解碼干擾信號，因此也對系統的設計提出了更高要求或帶來了更多限制。

在LTE中得到深入研究的干擾消除技術主要是基于IDMA的迭代干擾消除技術。雖然基于IDMA的迭代干擾消除技術可以獲得明顯的小區邊緣性能增益，但也對LTE系統的小區間同步、交織器設計、信道估計、信令、資源分配、信號格式獲得等方面提出了更高的要求或造成了更多的限制。

2.4干擾協調/回避技術

小區間干擾協調/回避的基本原理是對下行資源管理設置一定的限制，以協調多個小區的動作，避免產生嚴重的小區間干擾。這種限制可以是對資源調度的限制，也可以是對某個資源塊內發射功率的限制。對資源調度的限制，可以看做一種“軟頻率復用”；對發射功率的限制，可以看做一種“部分功率控制”。

2.4.1軟頻率復用

軟頻率復用的原理就是允許小區中心的用戶自由使用所有頻率資源；而對小區邊緣的用戶只允許他們按照頻率復用規則使用一部分頻率資源。可以將整個系統的頻率資源分為三段，小區1的邊緣只使用第一段頻率，小區2、4、6的邊緣只使用第二頻率，小區3、5、7的邊緣只使用第三頻率。這樣就相當于對小區中心采用復用為1的頻率復用，而對小區邊緣采用復用為3的頻率復用，其結果是整個系統的復用系數介于1和3之間，通常是一個分數，因此這種頻率復用方式稱為“分數復用”或“軟復用”。

2.4.2部分功率控制

如果一個小區使用和相鄰小區不同的頻率資源，可以采用全功率發射（即完全功控）；如果一個小區使用了和相鄰小區重疊的頻率資源，則必須限制發射功率（即部分功控）。傳統的完全功率控制只是根據每個UE的需要調整發射功率，直到達到一個期望的信干噪比（SINR）值。但是從抑制小區間干擾、優化系統整體小區邊緣性能的角度考慮，這樣的策略并不一定適當。因為如果一個UE使用的頻帶和相鄰小區使用的頻帶重合，隨意地提高該頻帶的發射功率很可能是“照顧了局部利益，損害了整體利益”。因此對可能造成小區間干擾的“敏感頻帶”應該適當降低“SINR期望值”，只進行適度的功控。這樣，雖然單個UE的接收SINR可能受到損失，但整體的系統容量卻可以提高。

2.5 幾種干擾抑制技術的比較

波束賦形天線技術依賴發射端的特定設置來實現干擾抑制的效果。

對于干擾隨機化來說，小區加擾和IDMA取得的性能是相似的。但IDMA可用于小區間干擾消除技術。由于基于IDMA的干擾消除技術對LTE系統要求高、限制多，在R8 LTE中未被采用。而作為一種干擾隨機化技術，IDMA并未體現出相對小區加擾技術的優勢。因此，LTE仍沿用傳統的小區加擾方法作為基本的小區區分手段。

綜上所述，LTE除了采用IRC接收技術獲取基本的干擾消除效果以外，并未采用更先進的小區間干擾消除技術。

3.基于HII和OI的上行ICIC技術

經過研究，3GPP決定在上行采用基于高干擾指示（HII）和過載指示（OI）信息的小區間干擾協調（ICIC）方案。

根據E-UTRAN的網絡架構，相鄰eNode B之間的有線接口X2可用于傳送HII和OI。

一個eNode B在將一個物理資源塊（PRB）分配給一個小區邊緣用戶時，由于預測到這個用戶可能干擾相鄰小區，同時也容易受到相鄰小區UE的干擾，便通過HII將這個敏感PRB通報給相鄰小區。相鄰小區eNode B收到HII后，就應該避免將自己的小區邊緣UE也調度到這個PRB上，或盡量減小對這個PRB的干擾。

當eNode B監測到某個PRB已經收到上行干擾時，向相鄰小區發出OI，指示該PRB已經受到干擾。相鄰小區就可以通過上行功控抑制干擾。

結束語

上述各種干擾抑制技術并不一定是相互替代的關系，而可以在很大程度上配合使用，獲得更好的效果。

作者簡介：于慧敏，中國移動通信集團設計院有限公司黑龍江分公司咨詢設計人員，從事通信工程咨詢設計工作7年，曾任吉林、黑龍江移動多項工程咨詢設計的項目負責人。

（作者單位：中國移動通信集團設計院有限公司黑龍江分公司）