LTE宏微協同組網中的干擾抑制技術研究

（中國聯合網絡通信有限公司網絡技術研究院，北京 100048）

1 引言

在LTE時代，移動數據業務量增長迅速，網絡容量需求巨大，而且用戶與業務的分布不均勻，采用單純宏基站組網的方式已難以滿足大容量與深度覆蓋的網絡部署需求，宏微協同組網的方式應運而生。宏站用于提供底層基礎覆蓋，在局部話務熱點或覆蓋盲點區域定點投放微站，作為宏站覆蓋與容量的補充。與宏站相比，微站發射功率低、覆蓋范圍小，而且體積小、部署靈活簡便，采用宏微協同的組網方式可實現精細、高效率的網絡部署，同時降低運營商的組網成本。

宏微協同組網分為宏微同頻、宏微異頻兩種方式。在異頻組網方式下，微站配置的頻點與宏站不同，宏微間基本無干擾，然而這種組網方式對頻譜資源的需求較大，同時也會造成頻譜資源利用率的降低。在運營商頻譜資源有限的情況下，宏微同頻將成為一種主要的組網方式。同頻組網可以使頻譜資源的利用率最大化，但同時也會帶來嚴重的干擾，影響網絡性能。特別是在熱點區域，微站可能位于宏站信號較強的位置，干擾更為嚴重，微站的業務分流效果將會受限。因此，如何抑制干擾成為宏微協同組網中亟待解決的問題。

為了解決宏微同頻組網時的干擾問題，首先可通過網絡規劃手段，找準熱點，選擇最優的微站布放位置，在吸收更多話務的同時利用空間隔離避免干擾。在此基礎上，還需要進一步采用eICIC、FeICIC、CoMP、小區合并等宏微協同干擾抑制技術，有效降低干擾，提升頻譜效率及網絡邊緣的業務性能。

2 宏微協同干擾抑制技術分析

2.1 eICIC/FeICIC

在宏站的覆蓋范圍內引入微站后，由于微站的發射功率較低，導致微站覆蓋邊緣的大部分用戶仍選擇接入宏站，不利于微站分流宏站的負荷。為了使用戶盡可能地接入微站，3GPP提出了小區范圍擴展（CRE）方案，具體如圖1所示。在小區選擇過程中，為微小區設置CRE偏置，使微站的覆蓋范圍擴大，在微站信號強度低于宏站時用戶也可以接入微站，達到分擔宏小區負荷的目的。CRE偏置越大，可以接入微站的用戶越多，微站的覆蓋范圍相對越大，但同時其邊緣用戶也越接近宏站，所受到的來自宏站的干擾就越強，對于干擾抑制技術的需求也更為迫切。

圖1 eICIC應用場景

eICIC技術的引入可以很好地應對這種干擾，提升CRE區域的業務性能。eICIC采用幾乎空白子幀（ABS）方案，通過在時域上協調宏微小區間的數據傳輸從而規避干擾。宏站配置一定比例的ABS子幀，其中只承載CRS、PSS/SSS等公共信號，不承載業務數據；而微站在受保護的ABS子幀上調度其邊緣用戶，可避免受到宏站的干擾。

需要注意的是，eICIC開啟后，宏站和微站之間存在資源競爭關系。一方面，微站可以利用受保護的子幀進行數據傳輸，提升其邊緣用戶的吞吐量；但另一方面，由于宏站在ABS子幀上不能調度任何用戶數據，會造成宏站的容量損失。ABS子幀的配置比例決定了宏微小區的吞吐量變化比例，ABS子幀的配比越高，微站的邊緣用戶吞吐量增益越明顯，但宏站的吞吐量損失也越嚴重。

按照ABS子幀配置方式的不同，eICIC分為靜態與動態兩種實現方式。在靜態方式下，宏站通過網管后臺配置部分下行子幀為ABS子幀，并將配置信息傳遞給微站，在宏微小區負載發生變化時該配置也固定不變。在動態方式下，宏站能根據相鄰微站反饋的ABS使用狀態信息、宏微小區的負載分布情況動態更新ABS子幀圖樣。當微站負荷減少、PRB利用率下降時，宏站可及時調低ABS子幀的比例，這在一定程度上減少了宏站的容量損失。因此，在實際應用中一般都優先采用動態eICIC方式以獲得更大的性能增益。

eICIC雖然可以改善宏微邊緣區域的用戶體驗，但仍然存在一定的局限性。如前所述，eICIC會導致宏站容量損失，而且為了保持后向兼容性，ABS子幀保留了CRS等公共信號，導致邊緣用戶依然會受到殘留的公共信號干擾。為了進一步提升干擾抑制性能，3GPP在R11版本對eICIC作了進一步增強，引入了FeICIC技術，主要包含如下幾種技術方案：

（1）CRS干擾消除。微站通過RRC信令將宏站的CRS信息通知給被干擾UE，UE測量并估計最強的CRS干擾信號，然后從接收信號中消除干擾得到有用信號。該方案需要R11終端配合才能達到較好的性能。

（2）SIB1干擾消除。在已有的SIB1基礎上進一步通過RRC連接重配置消息發送承載相同信息的SIB1，提高SIB1的接收性能。

（3）RP-ABS。eICIC要求宏站在ABS子幀的PDSCH信道上完全靜默，這顯然會造成宏站的資源浪費，而FeICIC則允許宏站在ABS子幀上降功率發射用戶數據，這樣既可以降低對微站的干擾，同時還能減少宏站的容量損失。

2.2 CoMP

多點協作（CoMP）技術是宏微間干擾的解決手段之一，通過宏微多點協助發送和接收，提高高速數據傳輸時的小區邊緣吞吐量及系統吞吐量。CoMP技術方案包含聯合發送（JT）、動態點選擇（DPS）、協作調度/波束賦形（CS/CB）、聯合接收（JR）等，其中JR與CS是目前LTE基站設備所采用的主流技術方案。

JR是上行CoMP的一種實現方式，具體如圖2所示。服務小區與協作小區同時接收處理同一個微站邊緣UE的上行業務數據，同時協作小區將接收到的數據傳遞給服務小區進行合并及解調處理，這樣可獲得功率增益與分集增益，提高邊緣用戶的SINR及上行速率。CS方案如圖3所示，服務小區與協作小區交互調度信息，通過協同調度避免協作小區與服務小區在相同的RB資源上調度用戶，從而規避干擾，提升小區邊緣速率。與JR不同，采用CS協作時用戶數據流僅存在于服務小區并由服務小區進行傳輸。

圖2 JR原理示意圖

圖3 CS原理示意圖

按照部署場景的不同，宏微多點協作分為站內CoMP（同一BBU內）與站間CoMP（不同BBU間）。前者只需要在基站內部交互CoMP處理相關的業務數據和控制信息，易于實現；后者需要在不同的基站間交互相關信息，對X2接口的帶寬及時延要求較高，網絡部署難度比較大。

2.3 小區合并

如圖4所示，小區合并是將多個宏RRU與微RRU覆蓋下的物理小區合并為一個邏輯小區，將原先的物理小區邊緣高干擾區域轉變為邏輯小區中心區域，消除多小區間的干擾。參與合并的所有RRU需要共BBU，在上行方向，BBU對各RRU接收到的用戶信號進行聯合檢測與合并，獲得接收增益；在下行方向，各物理小區在相同的時頻資源上發送相同的無線信號。

圖4 小區合并示意圖

小區合并雖然可以消除干擾，但同時也會犧牲系統容量。在小區合并前，系統可接納的最大容量為多小區峰值吞吐量之和；合并后，系統的最大容量為單個小區的峰值吞吐量，系統總容量降低，所有用戶共享合并小區的容量。圖5是宏微小區合并前后的峰值吞吐量測試結果：合并前，系統配置1個宏小區、1個微小區，UE1、UE2分別位于宏、微小區的近點；將兩個小區合并后，系統總吞吐量下降為合并前的一半，UE1與UE2共享合并小區的容量；隨后斷開UE1，UE2吞吐量上升，獨享合并小區的容量，合并小區的總吞吐量保持不變。

在宏微協同組網中，若覆蓋區內負載不高，宏微邊緣干擾嚴重，則可開啟宏微小區合并功能，提升邊緣用戶的吞吐量。若覆蓋區負載較高，小區合并后可能會導致系統容量不足，不建議使用，可采用其他干擾抑制技術。

圖5 宏微小區合并前后的吞吐量對比（單位：Mbps）

3 技術應用建議

在宏微協同部署時，微站設備可采用一體化微站與微RRU兩類不同形態的產品。如圖6所示，一體化微站集成了基帶及射頻部分的功能，S1接口支持無線、有線等多種回傳方式，部署靈活便捷，與宏站間通過X2接口進行信息交互。微RRU與宏RRU類似，只包含射頻部分的功能，可通過CPRI接口連接到宏站的BBU，實現宏微共基帶。

圖6 微站的設備形態

eICIC、FeICIC、CoMP、小區合并技術均需要在宏微小區間協同交互的基礎上實現干擾抑制，但不同的技術對宏微間X2接口的要求不同。CoMP、小區合并技術由于需要實時交互大量調度信息、用戶數據，對X2接口的傳輸帶寬、時延要求較高，理想傳輸條件下的干擾抑制效果更好。因此，在共基帶的宏微小區間更容易部署。eICIC、FeICIC技術在X2接口上只交互ABS子幀配置及狀態信息，交互數據量較少，對于傳輸的要求相對寬松，可用于解決異站址的宏微小區間的干擾問題。

由此可見，宏微協同組網應優先采用微RRU與宏站共基帶的方式，以便于使用CoMP、小區合并技術，在站內實現干擾控制。但是，微RRU只能通過光纖連接到宏站BBU，當微站站址不具備光纖前傳條件時，可選用一體化微站設備。

從性能及部署條件方面看，上述各類干擾抑制技術也各有利弊。eICIC在提升微站邊緣用戶速率的同時也會導致宏站的容量受損。FeICIC通過CRS干擾消除等方案解決殘留干擾問題，通過RP-ABS方案降低宏站的容量損失，從而在eICIC的基礎上進一步提升系統吞吐量，但是需要R11終端的配合才能達到理想的性能增益。小區合并通過犧牲系統容量的方式換取干擾抑制增益，適用于低負載、容量需求不高的場景，同時小區合并要求在宏微共基帶的基礎上才能實現，應用時存在一定的局限性。CoMP技術對于宏微邊緣及系統整體的吞吐量均有較高的增益，但是對X2接口的傳輸條件要求較高，站內協作易于實現，站間協作難度大。因此，在宏微共基帶或具備理想傳輸的條件下，應優先采用CoMP技術。

另外，從技術發展的角度看，站內CoMP、小區合并、eICIC技術已經成熟，且基站設備的支持情況良好，在宏微協同組網時可先行部署。相對地，站間CoMP技術成熟度低、網絡部署難度較大，FeICIC技術的應用需考慮R11商用終端的滲透情況。因此，后續需結合技術、設備、終端的發展情況再適時引入這兩類技術。

為了說明各類干擾抑制技術的應用方案，圖7給出了幾種典型的宏微協同組網場景。在不同場景下，可基于微站的設備形態及傳輸條件因地制宜地選用各類宏微協同技術。

場景a：采用微RRU為宏站分流且微RRU與宏站共基帶時，可應用宏微站內CoMP技術，通過下行協同調度、上行聯合接收等技術降低協作小區間的干擾，提升宏微小區邊緣及系統整體性能。

圖7 宏微協同組網的典型場景

場景b：在采用一體化微站為宏站分流的情況下，宏微協同干擾抑制技術的應用受限于宏微間X2接口的傳輸條件。若具備理想傳輸的條件，則可使用站間CoMP技術；若宏微間為非理想傳輸，則只能采用eICIC或FeICIC技術。微站配置CRE偏置以增加吸納的流量，同時宏站配置ABS子幀，提供無干擾的傳輸時隙資源，提升微站的分流效果。

場景c：在室內外協同組網的場景下，宏站提供室外覆蓋、微RRU提供室內覆蓋且與宏站共基帶時，在窗邊、門廳等室內外信號相互干擾比較嚴重的區域可使用CoMP技術；若該區域業務量不高，則還可采用小區合并技術。

4 結束語

移動互聯網業務的爆發式增長對LTE網絡的覆蓋、容量與質量都提出了更高的要求，宏微協同組網必然成為LTE網絡部署的發展趨勢。在同頻組網方式下，宏微間的干擾問題成為制約網絡性能的關鍵因素。eICIC、FeICIC、CoMP、小區合并等宏微協同技術可以有效地解決此類干擾問題，提升LTE宏微協同組網性能。

干擾抑制技術的應用需要分階段、逐步地推進，需要與LTE網絡的發展相同步。在LTE網絡發展的初期，容量壓力未凸顯，微站的部署數量有限，沿用頻率選擇性調度、干擾抑制合并等基本的小區內干擾抑制技術即可，無需使用宏微協同干擾抑制技術。在LTE網絡發展的成熟階段，網絡負荷增加，宏站加密，同頻微站大量部署，導致宏微間干擾變得嚴重，此時引入宏微協同干擾抑制技術可獲得顯著的性能增益，同時可以提高網絡資源的利用率。

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