TD-LTE频率复用与干扰协调

技术咨询（科研专业）项目成果报告频率复用与干扰协调所主管：贾东燕所审核人：项目负责人：张新程编写人：项目编号：项目类别：委托软课题项目委托单位：中国移动通信集团设计院有限公司二○○九年十月21前言...........................................................................................................................32频率复用的方式.......................................................................................................42.1方式一...................................................................................................................52.2方式二...................................................................................................................52.3方式三...................................................................................................................62.4方式四...................................................................................................................72.5方式五...................................................................................................................82.6方式六...................................................................................................................93干扰协调与频率复用.............................................................................................103.1邻小区干扰.........................................................................................................123.2干扰与容量损失.................................................................................................123.3干扰余量的取定.................................................................................................143.4上行干扰协调.....................................................................................................153.5下行干扰协调.....................................................................................................163.6干扰协调设计要点.............................................................................................163.7不同的频率复用系数SINR的计算...................................................................173.8不同的频率复用系数SINR与带宽的折中.......................................................214频率规划基本策略.................................................................................................224.1频率规划需考虑的因素.....................................................................................224.2频率规划原则.....................................................................................................244.3频率规划举例.....................................................................................................245频率规划需考虑的其他因素.................................................................................2531前言子载波之间的正交特性是OFDM技术一个非常重要的特性，因为这会抵消小区内部的干扰。然而移动网络实际的部署都是多小区环境，在这种情况下，小区之间的干扰（ICI）始终存在，而且对网络性能产生了严重的负面影响。更加准确的讲，当相同的频率资源被相邻的小区复用时，基于OFDM技术的LTE系统就会产生干扰。举例说明，两个用户分别位于不同的小区内，但是他们同时占用相同的频率资源块，这样那些被占用的频率资源块信噪比会降到非常低的程度，结果造成非常差的网络性能。为了解决这个问题，3GPP在LTE技术研究过程中分析了各种小区之间的干扰消除技术。目前有三种干扰消除技术曾被广泛地讨论：小区间干扰随机化算法，小区间干扰消除算法和小区间干扰协调算法。随机化算法目的是对干扰信号进行随机化处理。小区间干扰消除算法是通过限制UE超过门限的干扰电平的方法实现的。小区间干扰协调算法通过协调约束各个小区的下行资源（包括时频资源及功率等）的管理来消除干扰。由于小区间干扰随机化算法并没有真正地减少了干扰，小区间干扰消除算法只能消除主要的特定干扰源，所以本节中将主要分析小区间干扰协调算法。另外，值得注意的是，在多小区组网环境下，当UE速度增大，多普勒频偏增大，小区内用户间干扰也会增大。局部用户数增大，小区内接入用户增多，使两个小区边缘用户无法通过干扰协调技术来错开频率，增加了小区间的干扰。频域上的干扰来自不同的小区之间，由于小区间的子载波资源在频域上是重复使用的，而小区内部是频分正交的，因此消除小区间干扰是LTE的主要问题。小区间干扰消除的方法主要有：干扰随机化、干扰协调、干扰消除接收算法、功控等。各种方法的特点如下：干扰随机化：比如加扰、交织、跳频；干扰对消：通过UE的多个天线对空间有色干扰进行抑制，或者利用交织多址IDMA进行对消；干扰协调：对小区边缘可用的时频资源做一定限制；波束成形：:通过空间隔离的干扰抑制方法；4同频组网是TD-LTE系统大规模组网的挑战LTE系统中，干扰对各信道性能的影响：2频率复用的方式由于CDMA采用信道编码和扩频技术，每个话务信道可以获得较大的内部处理增益，从而可以对有效地对邻小区干扰进行抑制。CDMA系统处理增益使得即使是小区边缘的用户也可以采用N=1的频率复用方式，即同频组网。而LTE空中接口没有使用扩频技术，由此，信道编码技术所产生的处理增益相对较小，降低了小区边缘的干扰消除能力。为了提高LTE系统容量而必须要采取的有效的频率复用技术。所以LTE系统干扰协调的手段之一就是频率复用技术，一种好的频率复用方式可以使LTE系统达到最佳性能。综合各种频率资源分配技术，小区间的干扰协调管理可以是静态的、半静态以及动态的。但由于需要大量的信号处理和复杂的调度管理,动态协调管理技术在实际网络中一般不用。在LTE规范中，静态和半静态的协调管理是常用的干扰5优化技术。这里讨论的小区间资源分配主要是指频率资源的分配。LTE系统中频率复用的方式主要有以下几种：2.1方式一在此方案中，每个小区中的子载波被分为两组．一组称为主子载波，另一组称为辅子载波。主子载波可以在全部小区范围内使用，而辅子载波只可以使用在小区的中心区域(见图2-143)。这样对于子载波的分配方式可以使得相邻小区边界使用的子载波均相互正交，使用相同频率子载波的用户距离足够远．从而有效地避免或减小相邻小区在边缘的用户的同频干扰。对于小区中心的用户．由于其本身距离基站较近．且收到外层小区的干扰较小，所以可以采用比较低的功率进行传输，而对于小区边缘的用户则恰好相反。所以一般情况下，主子载波允许的最大发射功率比辅子载波允许的最大发射功率高。在功率谱密度一定的情况下，分配给主子载波更多的功率意味着为主子载波分配了更宽的带宽．辅子载波与主子载波的发射功率比可在0到1之间进行调整，对应的有效频率复用系数则从3到1间变化。当PowerRadio=0时，相当于频率复用因子为3的小区复用；当PowerRadio=1时，相当于频率复用因子为1的小区复用；PowerRadio的大小可以基于业务分布的变化进行动态调整。图2-143频率复用方式一通过调整辅子载波和主子载波的功率比，软频率复用可以适应每个小区的业务分布变化。当高业务量发生在小区边缘时，功率比设定为相对较小的值来获得较高的小区边缘吞吐量；相反，当业务量主要集中在小区内部时．可以设置较大的功率比。2.2方式二方式二中，只有一部分子载波用于小区边缘用户，该部分子载波可采用全功6率发射并且相邻小区间的载波是正交的，从而避免绝大部分干扰的产生。而小区中心的用户可以使用全部带宽载波，但对收发的功率有一定限制，从而即使同一载波被复用也不会产生太多的ICI干扰。小区中心的用户可以使用全部带宽载波小区边缘用户只能使用部分子载波1234567图2-144频率复用方式二上述两种方式都比较简单，所以在LTE系统中常用作半静态资源分配方式的基础。然而，这两种方式也有着明显的问题：首先，对于小区边缘用户来说频率利用率不高，通常只有1/3。其次，不能够随着系统负载变化而变化，如果网络负载发生变化，这个方式就不是最佳的了。2.3方式三方式三将整个频域资源S在系统初始化阶段被分割为N（考虑到系统的完全覆盖，N=7或N=9）个互不相交的子集Sn（n=1，2，…，N），每一个Sn与一个扇区Cn相对应，所有扇区都被划分为内、外两层。对于内层的移动终端，被分配到的传输子载波可以是集合S的任何一个子集合。而对于外层区域的移动终端，以扇区C1为考察对象，当扇区C6内有一个移动终端（图2-145中的T1）运动到扇区边缘区域靠近扇区C1时，扇区C6将只会在集合S1中分配相应资源给该终端传输数据。与扇区C1相邻的其他扇区（如C2、C3、C4、C5、C7、）的情况也是如此。这也就是说对于每一个扇区，处在其边缘区域的用户只可能分配整个系统资源的一部分，这样可以确保分别处于两个相邻扇区的边缘区域的用户所分配到的频域资源不会相