LTE关键技术之干扰抑制技术

LTE关键技术之干扰抑制技术

1.1 小区间干扰（ICI）概念

在LTE中，上,下行采用了OFDM（DL）/SC-FDMA(UL)的多址接入技术，采用了正交子载波区分不同的用户，小区内多用户间的干扰基本可以消除。但是LTE采用同频组网，邻小区结合部分使用相同的频谱资源，用户间不可避免存在干扰，称之为小区间干扰（Inter-Cell Interference, ICI）。

在传统的解决方案中，采用频率复用来解决ICI，但随之带来的是频谱效率的降低。如常用的三扇区划分小区用的就是频率复用指数因子为3。除此之外，频率复用因子还有1、7等。当复用因子为1的时候，则网内的所有小区用的频率都是一样的，随之而来的是严重的小区间干扰。选择较大的复用因子造成的负面影响是频谱效率变小，比如复用因子为3的时候，频谱效率是1/3，复用因子为7的时候，频谱效率是1/7。

频率2 频率1 频率3频率2频率1

频率3 频率2频率1

频率3

传统的频率复用系数为3的典型频率规划

小区间干扰对系统性能的影响：

? 导致无线链路信噪比（SINR）减低，这样LTE的AMC技术就会选择低阶调制方式和编

码方式。

? 干扰严重时，需频繁的HARQ重传，降低了用户速率。

? 同频干扰引起功率控制，使子幁中可使用的PRB减少，用户速率也会减低。

1.2 LTE干扰抑制技术

LTE干扰抑制技术分为以下四种：

a) 波束赋形天线技术 b) 干扰随机化技术 c) 干扰消除技术 d) 干扰协调技术

（1）波束赋形天线技术-

波束赋形天线技术是一种下行干扰抑制技术波束赋形天线的波束是指向UE的窄波束，因此只有在相邻小区的波束发生碰撞时才会造成小区间干扰，波束交错是可以有效的回避小区间干扰。

（2）干扰随机化技术

干扰随机化就是使干扰信号随机化，这种方法虽然不能降低干扰信号的能量，但是能使干扰信号接近白噪声，又称“干扰白化”。然后用处理白噪声的方法在UE上类似处理增益的方法抑制干扰。干扰随机化的方法可分为小区专属加扰（Scrambling）和小区专属交织

（IDMA）。

A）：小区专属加扰（Scrambling）：在信道编码交织后，对干扰信号随机加扰。如果没有加扰，UE的解码器不能区分接收到的信号来自本小区还是其他小区。小区专属加扰可以通过不同的扰码对不同小区的信息进行区分，LTE采用504个小区扰码（与504个小区ID绑定）区分小区，进行干扰随机化。让UE只正对有用信息进行解码，已降低干扰，加扰不影响带宽，但可以提高性能。

B）：小区专属交织也称为交织多址（IDMA）：和小区加扰性能相似，但是IDMA也是一种干扰消除技术。即在信道编码后，对传输信号进行不同方式的交织。各小区的信号在信道编码后采用不同的交织图案进行信道交织，以获得干扰白化效果。交织图案与小区ID（cell ID）一一对应，小区搜索过程中确定cell ID,就可以确定交织图案。相距较远的两个小区间可以复用相同的交织图案，因为相距较远小区之间几乎不存在干扰。

C）：跳频传输

LTE最终采用的小区扰码来进行干扰随机化的，504个小区ID对应于504个扰码。 （3）干扰消除技术

干扰消除技术就是对于干扰信号进行某种程度的解调或者解码。然后利用接收机的处理增益，从接收信号中消除信号分量。包括两种干扰消除方法

A）：基于多天线终端的空间干扰抑制技术

? 又称为干扰抑制合并(Interference Rejection Combining, IRC)

? 不依赖发射端配置，利用从两个相邻小区到UE的空间信道独立性来区分服务小区和干扰小区的信号。

? 配置双天线的UE可以区分两个空间信道，也即空分复用原理 B:）基于干扰重构的干扰消除技术

通过将干扰信号解调/解码后，对该干扰信号进行重构，然后从接收信号中减去。 ? 若能将干扰信号分量准确分离，剩下的就是有用信号和噪声。 ? 是干扰消除的最理想的方法。

? IDMA技术可以通过迭代干扰消除获得显著的性能增益。可以获得明显的小区边缘

性能增益。

? 但需要系统在资源分配、信号格式获得、小区间同步、交织器设计、信道估计、信

令等提出更高的要求或更多的限制。 ? 因此目前未被采用，将来可能使用

干扰消除技术是UE测通过小区间多用户检测来消除较强的干扰，对一些幅度较小的干扰效果有限，并且实现复杂。

LTE最终采用的是不需要标准化的IRC接受的干扰消除技术。并未采用更加先进的干扰消除技术。

（4）干扰协调技术（ICIC）

干扰协调技术是LTE抑制小区间干扰的主流技术，以小区间协作的方式，应用限制到无线资源管理（即对时域资源，频域资源和发射功率），避免产生较大的小区间干扰。提高小区边缘的数据速率和覆盖以及相关时频资源上的信干比（SINR）。

具体限制包括：给相邻小区之间干扰源和被干扰者之间分配不同的时频资源规避干扰，给干扰源和被干扰者间分配不同的功率资源减轻干扰。这些基于分数频率复用和功率控制来实现。同时可以利用邻区之间信令交互处理进一步协调邻区之间的干扰。通知邻区本小区可能产生较大干扰的PRB（如给小区边缘用户使用的PRB），促使邻区做好规避；也可以通知邻区本小区某些PRB接收到的上行干扰较大，是邻区进行降干扰处理。ICIC要考虑来自多个小区的信息（资源使用状态和业务负载情况）；

ICIC下行的主要方法：

软率复用（SFR）和部分频率复用（FFR）-频域应用 下行功率分配-时域应用

? 部分频率复用（FFR）

FFR的思想是系统将频率资源分为两个复用集，一个频率复用因子为1的频率集合，应用于中心用户调度，另一个频率复用因子大于1的频率集合，应用于边缘用户调度。如下图所示，将系统带宽分成4份。小区中心复用因子为1,3个小区的边缘复用因子为3。3个小区的边缘分别使用不同图注表示。

FFR示意图

则终端在小区不同位置所使用的频率如下图所示。通过保证小区边缘用户处于异频的状态，从而避免小区间的干扰。

FFR在小区不同位置频率

? 软频率复用（SFR）

SFR是频率复用与功率控制相结合的干扰协调方法，核心方案是：中心区域用户可以使用全部频率资源块，但只能以较低功率使用该部分资源块；边缘区域用户以较高功率使用部分资源块。

SFR将频率资源分为若干个频率复用集，其中一个频率集作为主频，用于边缘区域用户，其余一个频率集作为副频，用于小区中心的用户。小区中心和边缘区域使用不同的频率和发射功率，尽可能控制小区边缘用户间的干扰。小区是否随时间变化，以及随时间变化的频度，可以将SFR有分为以下三种：

SFR的主要思路

? 静态干扰协调 ? 半静态干扰协调 ? 动态干扰协调 A：）静态干扰协调：频率资源划分方案不随时间变化，小区边缘用户固定使用预留的部分带宽资源，小区中心使用整个带宽资源，在整个时间轴上分配的频率资源是固定不变的。这样实施简单，信令开销小，但不能自适应考虑小区负载和用户分布的变化，难以提升辖区边缘效率。

B:）动态干扰协调：每个调度周期（TTI）频率资源的划分和空间分配方案都会随干扰分布和负荷状态变化。这样能很好的适应小区的干扰和负荷变化，但是信令开销过多，导致系统性能下降。

C:）半静态干扰协调：频率资源的划分方案和空间分配方案，根据干扰协调的需要，经过多个TTI变化一次。略微增加一些信令，提高了小区边缘的性能。 ? 下行功率分配—时域协调

在下行不使用功率控制。同站各小区的主频一样。对于同站小区间干扰协调，采用时域协调。同站各小区的边缘频带基线划分是一样的。对于同站小区间干扰协调，采用时域协调，例如黄色区域的边缘用户只在偶数子帧调度，淡蓝色区域的边缘用户只在奇数子帧调度，这样，同一基站的小区边缘用户在时域上错开，不同基站的小区的边缘用户在频域上是错开的，达到了降低小区间干扰的效果。

上行小区间干扰协调技术（ICIC）

? 采用基于高干扰指示(HII)和过载指示(OI)信息的ICIC技术；

HII- （高干扰指示）相邻小区进行干扰及负荷状态交互的信令指示。HII指示本小

区未来一段时间将分配那些PRB给边缘用户，相邻小区使用这些资源可能产生较高干扰，在调度边缘用户时，邻小区尽量避免使用这些PRB。 OI-（过载指示）：过载指示（OI）用来指示本小区在某些频带受到严重干扰（可以看做是在这些频带上的负载过度）的时候，将这些情况传递给相邻小区，建议相邻小区降低在这些频带的发射功率（通过功控），从而减轻小区的干扰。

小区边缘负荷高时，服务小区会检测到较强的上行干扰。当干扰超过一定门限时，满足了OI的触发条件，产生干扰的小区确定干扰等级，向邻区发送过载指示，邻区收到OI后，确认是否有自己引起，若是进行降干扰处理；

降干扰措施有：

A:）在相应的PRB降低发射功率

B:）不使用干扰大的PRB，让UE使用性能好的时，频资源

HII在中，低负荷时，对干扰大的PRB标识，是过载前的干扰协调机制。 OI在系统负荷较大时，对已经产生上行干扰的指示。

? HII/OI信息通过相邻eNodeB之间有线接口X2传送； ? HII和OI的传送频率

最小更新周期20ms，与X2接口控制面最大传输延迟相当。 ? HII和OI传送的频率选择性

为每个PRB发送一个HII和OI指示。OI有多比特组成（2-5bit）可以指示UE发射功率精确调节。OI分为三个等级：分别为低，中，高干扰水平。HII不分等级，只需1bit表示PRB是否需要额外的保护。

? HII和OI采用事件触发方式发送；对不同的邻小区发送不同的HII。 HII和OI具体的流程如下：

? 一个eNodeB将一个PRB分配给一个小区边缘用户（通过UE参考信号接收功率来判断是否处于小区边缘）时，预测到该用户可能干扰相邻小区，也容易受相邻小区UE干扰，通过HII将该敏感PRB通报给相邻小区。相邻小区eNodeB接收到HII后，避免将自己小区的边缘UE调度到该PRB上。

? 当eNodeB检测到某个PRB已经受到上行干扰时，向邻小区发出OI，指示该PRB已经受到干扰，邻小区就可以通过上行功控抑制干扰。