小區間干擾抑制技術在港口LTE上的應用

顧明

【摘要】 移動通信技術快速發展，網絡用戶對移動通信的內容和質量的高要求促使LTE技術誕生并快速推廣。眾多港口企業為解決港口內無線信號覆蓋問題，將LTE技術引入無線網絡，此時小區間的干擾抑制成為一個亟待解決的問題。

【關鍵詞】 港口LTE 干擾隨機化 干擾消除 干擾協調

為適應全球無線通信呈現出的移動化、寬帶化和IP化的趨勢，LTE技術應運而生。LTE的目標是獲得更高的傳輸速率，更低的時延，改進的系統容量和覆蓋范圍，及較低的成本。LTE技術的誕生引發了一系列新需求的涌現，港口企業期望LTE承載港口TOS等大流量數據業務，對堆場生產各作業環節（收箱、提箱、場地、設備、人員等）進行全面管理，實現安全、有機、高效運作，信息及時準確地交換，減少任務傳達的層次，縮短信息傳遞的時間，減小差錯率。LTE系統投入使用后，系統覆蓋區域會形成多個通信小區，由于LTE是采用正交頻分多址（OFDMA） 的接入方式，小區內用戶的信息承載在相互正交的不同載波上，因此干擾來自其他小區，小區間的干擾抑制成為一個亟待解決的問題。

一、 LTE小區間干擾產生原因

LTE系統上行采用基于0FDM傳輸技術的單載波頻分多址（SC-FDMA）的接入方式。下行采用 OFDMA的接入方式。0FDMA的接入方式與碼分多址（CDMA）不同，無法通過擴頻方式消除小區間的干擾，LTE系統又對頻譜效率有很高的要求，也不能通過使用較高復用系數的傳統的頻率復用方法來減弱干擾。LTE特有的OFDMA接入方式，使本小區內的用戶信息承載在相互正交的不同載波上，因此所有的干擾來自于其他小區。對于小區中心的用戶來說，其本身離基站的距離就比較近，而外小區的干擾信號距離又較遠，則其信干噪比相對較大，但是對于小區邊緣的用戶，由于相鄰小區占用同樣載波資源的用戶對其干擾比較大，加之本身距離基站較遠，其信干噪比相對就較小，導致雖然小區整體的吞吐量較高，但是小區邊緣的用戶服務質量較差，吞吐量較低。因此小區間干擾抑制技術非常重要。

二、小區間的干擾抑制技術

2.1 干擾隨機化

0FDMA的接入方式，來自外小區的干擾數目有限，但干擾強度較大，干擾源的變化也比較快，采用數學統計的方法來對干擾進行估計就成為一種比較簡單可行的方法。干擾隨機化不能降低干擾的能量，但能通過給干擾信號加擾的方式將干擾隨機化為“白噪聲”，從而抑制小區間干擾。干擾隨機化的方法主要包括小區專屬加擾和小區專屬交織。小區專屬加擾即是在信道編碼后對干擾信號隨機加擾，小區專屬交織即是在信道編碼后，對傳輸信號進行不同方式的交織。對于干擾的隨機化而言，小區專屬交織和小區專屬加擾可以達到相同的系統性能。

2.2 干擾刪除

干擾刪除可以將干擾小區的信號解調、解碼，然后將來自該小區的干擾重構、刪除。小區間干擾刪除的實現可以利用在接收端的多天線空間抑制方法來進行干擾刪除。如采用交織多址（IDMA）刪除小區間的干擾，IDMA可以通過偽隨機交織器產生不同的交織圖案，并分配給不同的小區，接收機采用不同的交織圖案解交織，即可將目標信號和干擾信號分別解出，然后在總的接收信號中減去干擾信號，進而有效地提高接收信號的信噪比。

2.3 干擾協調/避免

干擾協調/避免的核心思想是通過小區間的協調對一個小區的可用資源進行某種限制，以減少本小區對相鄰小區的干擾，提高相鄰小區在這些資源上的信噪比以及小區邊緣的數據速率和覆蓋。每個小區中的子載波被分為兩組，主子載波與輔子載波。主子載波可以在全部小區范圍內使用，而輔子載波只可以使用在小區的中心區域。這樣對于子載波的分配方式可以使得相鄰小區邊界使用的子載波均相互正交，使用相同頻率子載波的用戶距離足夠遠，從而有效地避免或減小相鄰小區在邊緣的用戶的同頻干擾。

2.4 幾種干擾抑制技術的比較

干擾隨機化繼續沿用CDMA系統成熟的加擾技術，比較簡單可行，但面對的問題是將干擾視為白噪聲處理，可能會造成由于統計特性的不同而帶來的測量誤差。干擾刪除技術可以顯著改善小區邊緣的系統性能，獲得較高的頻譜效率，但是對于帶寬較小的業務則不太適用，在OFDMA系統中實現也比較復雜，后續對它的研究不多。干擾協調/避免則是目前研究的一項熱門技術，其實現簡單，可以應用于各種帶寬的業務.并且對于干擾抑制有很好的效果，適合于OFDMA 這種特定的接入方式，但是在提高小區邊緣用戶性能的同時帶來了小區整體吞吐量的損失。3種小區間的干擾抑制方法可以相互結合相互補充，以獲得更高的系統增益。

三、結語

干擾隨機化，干擾刪除和干擾協調/避免作為有效的小區間干擾抑制技術，將會大大提高LTE系統的性能，特別是提高小區邊緣用戶的性能。LTE技術可幫助港口無線網真正實現專業集群、視頻監控、TOS數據回傳、GIS定位等業務成網，實現碼頭監控全場景覆蓋和主動預警。該網絡還可以更進一步加載寬帶集群業務，支持語音，數據，圖像，視頻業務，實現可視化調度，提高港口調度效率，并保障港口碼頭作業數據、圖像、視頻等實時調度和監控，同時避免多網絡切換的復雜操作。這將大大提高了包括裝船、卸船、集港、倒箱、運輸等作業的調度效率，降低運營和管理成本，大幅提升港口的綜合服務水平和經濟效益。