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1、LANZHOU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY毕业论文题目 LTE小区间的干扰 摘要LTE(Long Term Evolution)即长期演进。之所以需要从3G演进到LTE，是由于近年来移动用户对高速率数据业务的要求，同时新型无线宽带接入系统的快速发展，给3G系统设备商和运营商造成了很大的压力。在LTE系统设计之初，其目标和需求就非常明确：降低时延、提高用户传输数据速率、提高系统容量和覆盖范围、降低运营成本。为了满足下一代无线通信系统低延时、高速率以及高速移动性等要求，3GPP提出了 LTE(Long Term Evolution)技术。但小区内的多流干扰（Multi-str
2、eam interference,MSI）和小区间的干扰（Inter-Cell Interference，ICI），是制约系统性能提升的一个瓶颈。因而，对 LTE系统干扰消除技术的研究具有深远的意义。干扰是影响网络质量的主要因素之一，对通话质量、掉话、切换、拥塞以及网络的覆盖、容量等均有显著影响。如何降低或消除干扰是网络规划、优化的重要任务之一。对于小区间的干扰，本文首先分析比较了LTE系统中提出的三种小区间干扰抑制技术。本文重点分析了CoMP中的 JP（Joint Processing）联合处理预编码方法，仿真分析了BD预编码方法，验证了 JP 预编码方法在 LTE小区间干扰消除中的有效性。
3、关键词：LTE多流干扰小区间干扰CoMP联合预编码AbstractLTE (Long Term Evolution) Long Term Evolution.The need for the evolution from 3G to LTE, mobile users in recent years due to the high rate of data service requirements, while the rapid development of new wireless broadband access systems to the 3G system equipment ma
4、nufacturers and operators caused a lot of pressure. In the LTE system design at the beginning, its goals and needs is very clear: to reduce latency and improve the user data transfer rate, improve system capacity and coverage and reduce operating costs.In order to meet the next generation of wireles
5、s communication systems low latency, high-speed and high-speed mobility requirements, 3GPP proposed LTE (Long Term Evolution) technology. However, multi-stream interference (Multi-stream interference, MSI) within the cell and interference (Inter-Cell Interference, ICI) between cells, is an upgrade o
6、f the system performance bottleneck. Thus, research on the LTE system interference cancellation technology has far-reaching significance.Interference is one of the main factors affecting the quality of the network, call quality, dropped calls, handover, congestion and network coverage, capacity, etc
7、. were significantly affected. How to reduce or eliminate the interference of network planning, optimization of one of the important tasks. For inter-cell interference, this paper analyzes and compares the LTE system between the three proposed cell interference suppression technology. This article f
8、ocuses on the analysis of CoMP JP (Joint Processing) joint processing pre-coding method, simulation analysis of the BD pre-coding method to verify the validity JP pre-coding method to eliminate interference between the LTE cell.Keywords: LTE multi-stream interference between cell interference CoMP j
9、oint precoding.目录摘要0第一章绪论11.1 引言11.2 LTE系统中小区间干扰消除技术研究现状11.3 论文的研究内容和结构安排1第二章 LTE 系统及其关键技术12.1 LTE 简介12.2 LTE 系统架构12.3 LTE 技术特点12.4 LTE 物理层概述12.5 LTE 技术概要12.6 本章小结1第三章 LTE系统中小区间干扰消除技术研究13.1 LTE 系统中的小区间干扰抑制技术13.1.1 小区间干扰随机化13.1.2 小区间干扰消除13.1.3 小区间干扰协调/回避13.2 LTE系统中小区间干扰抑制技术CoMP 技术13.2.1 联合传输处理(JP，Joi
10、nt Processing)13.2.2 协作调度Beamforming13.3 CoMP-JP 预编码算研究法13.3.1 CoMP-JP 系统模型13.3.2 BD 算法13.3.3 仿真结果及分析13.4 本章小结1第四章总结与展望14.1 全文总结14.2 不足及展望1致谢1参考文献130第一章绪论1.1 引言移动通信技术的快速发展及其与宽带无线接入技术的融合，使得人们对移动通信宽带化的需求日趋迫切。为了满足下一代无线通信系统低时延、高速率、宽频带以及高速移动性等要求，3GPP 提出了 LTE（Long Term Evolution,长期演进）。LTE 系统是 TD-SCDMA 和 W
11、CDMA 系统的长期演进形式，采用成熟先进的 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)技术，OFDM 技术是把频率选择性衰落信道在频域内转换成平坦信道，能够有效的对抗多径传播，OFDM 技术解决了高速传输数据的技术难点。为了满足LTE在高系统容量和高速率方面的需求，LTE 系统支持下行 MIMO(Multi-Input Multi-Output，多输入多输出)技术，MIMO 技术，即利用多根发射天线和多根接收天线进行无线传输的技术，多天线系统可以极大地提高系统容量和频谱效率。MIMO在空间能够产生独立并行的信道，可以同时传输
12、多路数据流，这样可以大大提高系统的传输速率，即在系统带宽不增加的情况下可以成倍的提高系统的容量和频谱利用率，MIMO 为增大系统容量开辟了新的途径。目前，世界各国学者都在对 MIMO 的理论、性能、算法和实现等进行着广泛的研究，MIMO 技术已经成为通信技术中的一个热点。MIMO技术和OFDM 技术两者结合在一起形成 MIMO-OFDM 系统，能够提高链路的可靠性和传输速率。LTE系统中的干扰是影响LTE系统容量和系统性能的重要因素之一。其中两个重要的干扰是多流干扰（Multi-stream interference,MSI）和小区间干扰（Inter-Cell Interference，ICI
13、）。而CoMP中的联合处理技术Joint processing technology(JP)的核心优势是能够消除小区间干扰。1.2 LTE系统中小区间干扰消除技术研究现状小区间干扰是移动通信系统的一个固有问题，对于小区间的干扰，主要包括干扰随机化、干扰消除和干扰协调，现有的解决办法通常是采用频率复用，复用系数只有 1、3、7 等几个特定的选择。复用系数=1 即相邻小区都使用相同的频率资源，这时在小区边缘的干扰很严重。如果采用的频率复用系数较大（如 3 或 7）可以有效地抑制小区间干扰，但频谱效率将减低到 1/3 或 1/7。新一代移动通信系统要求有很高的频谱效率，因此希望频谱复用系数尽可能地接
14、近 1。与 CDMA 技术相比 OFDM 技术很好地解决了小区内干扰的问题。但是作为代价，OFDM 系统的小区间干扰可能比 CDMA 系统更加严重。如果相邻的两个小区在边缘重叠部分使用相同的频谱资源，则会产生较强的 ICI。目前在 TD-LTE 系统中主要提出了三种小区间干扰抑制技术：(1)小区间干扰随机化； (2)小区间干扰协调回避；(3)小区间干扰消除。干扰随机化通过比如加扰、交织，跳频、扩频、动态调度等方式，使系统在时间和频率两个维度的干扰平均化；干扰消除利用干扰的有色特性，对干扰进行一定程度的抑制，即：通过UE的多个天线对空间有色干扰进行抑制；干扰协调对小区边缘可用的时频资源作一定的限
15、制，正交化或半正交化，是一种主动的控制干扰技术，理想的协调是分配正交的资源，但这种资源通常有限；非理想的协调可以通过控制干扰的功率，降低干扰。LTE系统中小区间干扰更加严重，已有的干扰抑制技术不能很好的为边缘用户提供更好的服务质量，在 LTE中采用了协同多点传输和接收(Coordinated Multi-Pointtransmissionreception，CoMP)技术来解决该问题。CoMP技术通过多个小区之间的联合处理或协作调度来降低邻区的干扰，提高小区边缘用户接收信号的质量，从而有效地提高了系统容量和边缘用户的频谱效率。本质上来讲，CoMP技术是 MIMO 技术在多个协作小区下的应用，其
16、基本思想是利用空间信道上的差异性来进行信号的传输。通过多个小区之间的协作处理来实现小区间干扰的抑制或消除。从而为减小LTE系统小区边缘的干扰提高小区边缘的频谱效率，LTE 系统中重点考虑了协作多点传输/接收（Cooperative multi-point，CoMP），并把它作为一种提高系统容量和提高小区边缘频谱效率的关键技术之一。现有的移动通信网络(如 3G 系统)中小区中心的用户和小区边缘的用户在系统性能和数据传输速率上有很大的差异，不但影响了小区系统的容量，而且使用户在小区中心和小区边缘得到的服务质量波动很大。因此，新一代无线通信系统中，小区边缘性能的提高将作为主要的技术指标之一。LTE特
17、有的OFDMA接入方式，使本小区内的用户信息承载在相互正交的不同载波上，因此所有的干扰来自于其他小区。对于小区中心的用户来说其本身离基站的距离就比较近，而外小区的干扰信号距离又较远，则其信干噪比相对较大：但是对于小区边缘的用户，由于相邻小区占用同样载波资源的用户对其干扰比较大，加之本身距离基站较远，其信干噪比相对就较小，导致虽然小区整体的吞吐量较高，但是小区边缘的用户服务质量较差吞吐量较低。因此，在LTE中，小区间干扰抑制技术非常重要。LTE网络干扰树状图：LTE网络的干扰干扰协调互调干扰杂散辐射干扰随机化邻区干扰阻塞干扰系统间干扰小区内干扰系统内干扰小区间干扰干扰消除BD算法1.3 论文的研
18、究内容和结构安排对 LTE中的干扰消除技术做了深入研究并取得以下进展：分析比较了各种LTE中的小区间干扰抑制方案，重点分析了 LTE中的CoMP-JP 预编码技术，最后通过对CoMP-JP 预编码技术的仿真分析，验证了CoMP-JP 预编码技术消除小区间干扰的有效性。论文各章的安排如下：第一章给出了论文的研究背景，简述了 LTE中的小区间干扰研究的现状、进展以及典型应用，最后给出了论文的结构安排。第二章简要介绍了 LTE中的基本理论和关键技术。第三章介绍了 LTE 中的三种小区间干扰抑制技术，分析比较了它们的优缺点。然后介绍了 LTE中的CoMP技术，详细分析了CoMP中的 JP 预编码方法，
19、并给出了实验结果和性能比较。第四章总结全文，并展望了下一步研究方向。第二章 LTE 系统及其关键技术2.1 LTE 简介为了应对宽带接入技术的挑战，同时为了满足新型业务的需求，3GPP 在 2004作年底启动了其长期演进（Long Term Evolution LTE）技术的标准化工作。这项技术主要为了达到以下几个目标：（1）保持 3GPP 在移动通信领域的技术及标准优势；（2）填补 3G 和 4G 移动通信技术之间的技术差距；（3）希望继续使用 3G 移动通信系统的频谱，继续保持频谱资源上的优势；（4）解决 3G 移动通信系统中专利过分集中的问题。LTE 系统支持的最大带宽从 5MHz 扩展
20、到 20MHz，在这样的带宽下，下行峰值速率可达到 100Mb/s，上行峰值速率可达到 50Mb/s。除了支持 20MHz 的最大带宽，LTE 系统还能够支持 1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz 等系统带宽，以及成对的和非成对的频段部署，以保证系统在部署上的灵活性。由于码分多址(CDMA)技术带宽大于 5MHz 时，系统的实现过于复杂。为此，3GPP 采用了新的核心传输技术，即 OFDM/FDMA 技术，该技术将较宽的频带分成若干较窄的子带进行并行发送，不但能够简单地实现宽带传输，还能够对抗频率选择性衰落。另外，OFDM 的各个子载波之间是相互正交的，于是它们的频谱是相互
21、重叠的，这样不但减小了子载波之间的相互干扰，同时又提高了频谱利用率。为了提高用户的数据速率，LTE 采用了 MIMO 技术，通过并行地发射多个数据流来获得较高的数据速率。关于网络架构，LTE 系统为了降低时延，取消了重要的网元无线网络控制器(RNC)，使网络架构向“扁平化”方向发展。LTE 的研究，包含了一些普遍认为很重要的部分，如等待时延的减少、用户数据速率的提高、系统容量和小区覆盖的改善以及运营成本的降低。自 2004 年 11月启动LTE 项目以来，3GPP 以频繁的会议全力推进 LTE 的研究工作。仅半年就完成了需求的制定，在 2006 年 9 月完成了研究阶段的工作，2008年年底基
22、本完成工作阶段的标准制定工作。2.2 LTE 系统架构LTE 在 3GPP 原有系统架构上进行了演进，对 3GPP 系统的NodeB、RNC、CN进行了功能上的整合，把NodeB和 RNC 合并为eNodeB，使系统简化为eNodeB和演进后的接入网 E-UTRAN。演进后的系统仅存在分组交换域。图 2.1 LTE 系统架构整个 LTE 系统由核心网（EPC）、基站（eNodeB）、和用户（UE）三部分组成。其中 EPC 负责核心网部分，EPC 的信令处理部分称为 MME，数据处理部分称为SAE Gateway；eNodeB负责接入网部分，也称为 E-UTRAN。EPC 与eNodeB之间通过
23、 S1 接口连接，eNodeB之间通过 X2 接口连接，UE 与eNodeB之间通过Uu接口连接。与 3G 系统的网络架构相比，LTE 系统把NodeB和 RNC 合并为eNodeB，使系统简化为eNodeB和 EPC 两种网元，网络架构更加趋于扁平化。这种扁平化的网络架构能够降低用户数据的传输时延和呼叫建立的时延，并且由于逻辑节点的减少，也使 OPEX 和 CAPEX 得到了降低。2.3 LTE 技术特点为了在未来移动通信激烈的竞争中处于有利的位置，移动运营商对 LTE 提出了要求，为此，在 3GPP 中对演进型系统的市场需求进行了详细的讨论。与 3G 系统相比，LTE 系统主要具有如下的技
24、术特点：(1)显著的提高峰值传输数据速率，例如下行链路达到100Mb/s，上行链路达到50Mb/s；(2)在保持目前基站位置不变的情况下，提高小区边缘比特速率；(3)显著的提高频谱效率，例如达到3GPP R6版本的24倍；(4)无线接入网的时延低于10ms；(5)显著的降低控制面时延（从空闲态跃迁到激活态时延小于100ms（不包括寻呼时间）；(6)支持灵活的系统带宽配置，支持1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz带宽，支持成对和非成对频谱；(7)支持现有3G系统和非3G系统与LTE系统网络间的互连互通；(8)更好的支持增强型MBMS；(9)系统不仅能为低速移动终端
25、提供最优服务，并且也应支持高速移动终端，能为速度350km/h的用户提供100kbps的接入服务；(10)实现合理的终端复杂度、成本、功耗；(11)取消CS域，CS域业务在PS域实现，如VOIP；这些技术特点比较全面地描述了 LTE 系统在各个方向上的设计目标，为具体的系统设计工作奠定了良好的基础。2.4 LTE 物理层概述LTE物理层采用OFDM为多址方案，采用的子载波的宽度为15kHz，根据子载波数目的不同（72-1200）可以实现不同的系统带宽（1.4-20MHz）。根据上下行通信和设备特点的不同，在下行方向上采用多载波的OFDM多址方式，在上行方向上采用单载波的 SCFDMA 多址方式
26、。采用频分双工（ Frequency DivisionDuplex,FDD）模式支持成对的频谱，采用时分双工（Time Division Duplex,TDD）模式支持不成对的频谱，另外为了充分利用许多零散频段，降低终端价格，减少功率损耗，延长电池的使用时间，在LTE中采用了H-FDD方式。FDD、TDD、以及H-FDD双工方式的原理如图2.2所示：图 2.2 LTE 支持的三种双工方式在 LTE 中定义了物理资源块（Physical Resource Block,PRB）作为空中接口物理资源分配的单位。1 个 PRB 在频域上包含 12 个连续的子载波，在时域上包含 7个连续的 OFDM 符
27、号（在扩展 CP 的情况下为 6 个）。即频域宽度为 180kHz,时间长度为 0.5ms（1 个时隙）的物理资源。物理资源块的结构如下图所示。图 2.3 下行资源栅格在空中接口上，LTE 系统中定义了无线帧来进行信号的传输，LTE 支持两种帧结构类型 1 和类型 2，每个帧结构都是 10ms，其中类型 1 用于 FDD，类型 2 用于 TDD。在类型 1 中，每个无线帧分为 10 个子帧，每个子帧的长度为 1ms，另外，每个子帧又分为两个长度为 0.5ms 的时隙，如图 2.4 所示。图 2.4 LTE帧结构类型 1在类型 2 中，每个无线帧被分为两个长度为 5ms 的半帧，每个半帧由 5
28、个子帧组成，每个子帧也是 1ms，5个子帧中有 4 个普通子帧和1 个特殊子帧。每个普通子帧又分为两个长度为 0.5ms 的时隙，而特殊子帧由3 个特殊时隙（UpPTS、GP、DwPTS）组成。如图 2.5 所示。图 2.5 LTE 帧结构类型 2（5ms 切换周期）信道编码后，LTE 物理层的基带处理过程包括加扰、调制、层映射、预编码以及针对各个物理天线端口的资源映射和 OFDM 信号的生成。如图 2.6 所示。图 2.6 物理层数据处理过程其中，加扰的操作是使用扰码对经过信道编码后的数据进行逐比特的加扰，实现数据间干扰的随机化。调制指的是对比特数据进行复数调制，包括 QPSK、16QAM、
29、64QAM。调制完后，基带将进行 MIMO 的相关处理，LTE 物理层支持不同的发射天线数（1/2/4），以及多种不同的 MIMO 方案，包括单天线发送、空间复用和发射分集。这些都是通过层映射和预编码来实现的。2.5 LTE 技术概要为了进一步巩固LTE标准在未来市场竞争中的优势地位3GPP提出了LTE的演进版本LTE-Advanced（LTE-A）。LTE-A不但保持了对LTE较好的后向兼容性，为了进一步优化和完善LTE系统，LTE-A采用了大量的新技术。如载波聚合（Carrier Aggregation）、MIMO增强技术、多点协作传输（Coordinated Multi-pointTx&
30、Rx，CoMP）、中继（Relay）等关键技术，大大提高了无线通信系统的性能。LTE-A可支持最大100MHz的带宽，下行峰值速率可达1Gb/s，上行峰值速率可达500Mb/s，频谱效率得到大大的提高，系统的平均吞吐量和边缘用户的吞吐量得到明显的改善，同时提高了整个网络的组网效率，这使得LTE和LTE-A系统成为未来几年内无线通信发展的主流。下面简单介绍LTE-A中的几种关键技术。1载波聚合(Carrier Aggregation，CA)在LTE-A系统中，带宽要求从LTE系统的20MHz扩大到100MHz，以提供可达1Gb/s的峰值速率。然而当前频谱资源十分紧张，找到连续的100MHz的频段
31、几乎不太可能，因此，整合非连续的频段构建更大的带宽势在必行。LTE-A系统中载波聚合就是为了解决此问题而提出的。其具体目的是：优化频谱的使用，整合更多的带宽资源，以提供更高的峰值传输速率。2MIMO增强技术为提高峰值谱效率和平均谱效率，LTE-A中提出了MIMO增强技术，MIMO增强技术主要表现在空间维度的扩充上，基站端由LTE的最大4个发天线增强到LTE-A的最大8个发射天线。涉及到的关键技术包括码字个数/码字-层映射、预编码码本的设计、发射分集方案的确定、增强反馈设计、信令设计和其他传输模式的支持。3多点协作传输（Coordinated Multi-point Tx&Rx，CoMP）协作多
32、点传输可能带来无线通信领域的巨大变革。传统的MIMO技术在发射/接收端分别配置多根天线构成多发射/多接收分集，但存在着许多问题，如移动终端实现多天线十分困难；在小区边缘由于同频干扰基本不能发挥MIMO作用。CoMP提出使用MIMO不在局限于单个小区，它可以是多个小区，主要目的是改善小区边缘吞吐量，并在一定程度上改善小区平均吞吐量。目前CoMP的研究主要集中在两种类型：联合传输处理(JP，Joint Processing)和协作调度Beamforming。4中继（Relay）LTE中为了增大覆盖常采用以下两种方式：RRU拉远和直放站。RRU拉远是把小区中部分射频及天线单元通过光纤方式进行拉远。在
33、此方式中，需要有足够的光纤资源，而且，由于是部分射频单元拉远，因此在拉远的部分覆盖区域，其频谱效率将降低。直放站是把信号直接放大，这种方式的特点是简单、不能改善信干噪比、不能提高系统容量、可能使小区间干扰增大。为了克服以上两种方法的缺点，LTE-A采用了解码转发的技术，该技术是在中继站处先对信号进行解码，再重新编码，然后放大转发。该技术的特征是：可以使用相同或不同的时频资源；可以改善信干噪比；热点地区提供高速数据；改善小区边缘吞吐量。5.调度和链路自适应LTE支持时间和频率两个维度的链路自适应，根据时频域信道质量信息对不同的时频资源选择不同的调制编码方式。功率控制在CDMA系统中是一项重要的链
34、路自适应技术，可以避免远近效应带来的多址干扰。在LTE系统中，上下行均采用正交的OFDM技术对多用户进行复用。因此，功控主要用来降低对邻小区上行的干扰，补偿链路损耗，也是一种慢速的链路自适应机制。2.6 本章小结本章介绍了3GPP LTE标准的总体情况。LTE是3GPP在“移动通信宽带化”趋势下，为了对抗WiMAX等移动宽带无线接入技术的市场挑战，在十几年B3G技术储备的基础上研发出的“准4G”技术。这项技术与其说是3G的演进，不如说是革命。LTE在空中接口方面用OFDMFDMA替代了3GPP长期使用的CDMA作为多址技术，并大量采用了MIMO技术提高数据率。在网络架构方面，LTE取消了UMT
35、S标准长期采用的RNC节点，代之以全新的扁平架构。经过4年艰苦的标准化工作，相信LTE可以在相当长的时间内帮助3GPP标准保持对其他无线通信标准的竞争优势，并为3GPP运营商铺就平滑的IMT-Advanced演进之路。第三章LTE系统中小区间干扰消除技术研究移动通信系统中的各种干扰一般可以分为小区内的干扰、小区间的干扰、不同通信制式之间的干扰、不同运营商之间的干扰、系统设备造成的干扰等。本文主要研究 LTE系统中的小区间干扰。对于小区间干扰已经成为新一代移动通信的一个研究热点。现有的蜂窝移动通信系统(如 3G 系统)为处在小区中心和小区边缘的用户提供的服务质量有很大的差异，不仅影响了小区边缘用
36、户的体验，而且使整个系统容量受到很大的影响。因此，目前正在研发的下一代移动通信系统，小区边缘性能的提高将作为重要的技术指标之一。目前在 TD-LTE 系统中主要提出了三种小区间干扰抑制技术2：(1)小区间干扰随机化；(2)小区间干扰消除；(3)小区间干扰协调回避。另外，在基站采用波束赋形天线技术也可以看作一种下行干扰抑制技术。针对现有的通信系统不能很好的解决小区间干扰问题，在 LTE-Advanced 中提出了CoMP技术来解决这个问题。CoMP通过多个协作小区之间的联合处理或协调传输，降低了相邻小区的干扰，改善了小区边缘的吞吐量，从而提高了系统的平均吞吐量。3.1 LTE 系统中的小区间干扰
37、抑制技术小区间干扰(ICI)是蜂窝移动通信系统的一个固有问题，通常采用的解决办法是频率复用，复用系数通常选择几个特定的值（如 1、3、7 等）。如果相邻的几个小区都选择使用相同的频率资源，则此时的频率复用系数为 1，频谱利用率最高，但这时的小区间干扰也最为严重。如果采用较大的频率复用系数(如 3 或 7)，则能很好的抑制 ICI，但频谱利用率将大大降低。一个典型的频率复用系数为 3 的频率规划如图 3.1 所示。图3.1 传统的频率复用系数为 3 的典型频率规划新一代的移动通信系统要求有很高的频谱效率，因此希望频率复用系数尽可能地接近 1。与 3G 的 CDMA 技术相比新一代的移动通信采用的
38、 OFDM 技术使小区内的干扰问题得到更好的解决。但是对于 ICI 问题，OFDM 系统可能比 CDMA 系统更加的严重。在 LTE 系统中，主要包括如下 3 类小区间干扰抑制技术。(1)小区间干扰随机化。(2)小区间干扰消除。(3)小区间干扰协调回避。另外，在基站采用波束赋形天线技术也可以看做一种下行干扰抑制技术。如图3.2 所示，普通的扇区天线形成的波束能够覆盖整个扇区，因此在小区边缘相邻小区的扇区波束必定有一部分会重叠，从而在小区边缘产生较强的小区间干扰。而如图 3.3 所示，基站采用波束赋形天线技术后，形成很窄的定向波束，因此只要相邻小区的波束不发生碰撞就不会造成小区间干扰。图3.2
39、较宽的波束很容易造成小区间干扰图3.3 较窄的赋形波束不容易造成小区间干扰需要说明的是，上述各种干扰抑制技术并不一定是相互替代的关系，而可以在很大程度上配合使用，获得更好的效果。3.1.1 小区间干扰随机化为了使干扰信号的特性与“白噪声”近似，有利于终端利用处理增益对干扰进行抑制，我们对干扰信号进行随机化处理，但这种处理并不能降低干扰信号的能量。可采用的干扰随机化方法有：(1)小区特定的加扰(Scrambling)这种技术是在信道编码和信道交织后对各小区的信号采用不同的伪随机扰码进行加扰(如图 3.4 所示)，以使干扰白化。(2)小区特定的交织(Interleaving)小区特定的交织也称为交
40、织多址(Interleaved Division Multiple Access，IDMA)，就是在信道编码后对各小区的信号采用不同的交织图案进行信道交织(如图 3.5 所示)，以使干扰白化。对于小区间干扰随机化来说，小区加扰和 IDMA 可获得相似的性能。此外，还可以考虑在不同小区采用不同的跳频图案进行跳频以取得干扰随机化的效果(如图3.6 所示)。图3.4 小区特定加扰图3.5 小区特定交织（IDMA）图3.6 小区特定跳频经过长期研究，LTE 最终决定采用 504 个小区扰码(和 504 个小区 ID 绑定)进行干扰随机化。3.1.2 小区间干扰消除小区间干扰消除的基本原理是，在当前小区
41、内对相邻小区的干扰信号进行解码或解调。然后在接收机端把解出的干扰信号分量从接收信号中除去。在 LTE 系统中，可采用的干扰消除方法有：(1) 基于多天线接收终端的空间干扰压制技术该技术又被称为干扰抑制合并(Interference Rejection Combining，IRC)接收技术。它利用不同用户的信道矩阵在空间上的差异来区分出服务小区的信号和干扰小区的信号，和发射端没有太大的关系。理论上说，接收机配置两个天线就可以区分出两个不同的空间信道。这项技术在基站端不需要对信号进行其它处理，但仅靠空间上的差异来区分信号，很难取得满意的干扰消除效果。(2) 基于干扰重构减去的干扰消除技术这种技术是
42、通过将干扰信号解调解码后，对该干扰信号进行重构(Reconstruction)，然后从接收信号中减去。如果能将干扰信号分量准确减去，剩下的就是有用信号和噪声。这无疑是一种更为有效的干扰消除技术，当然由于需要完全解调甚至解码干扰信号，因此也对系统的设计如资源块分配、信道估计、同步、信令等提出了更高要求或带来了更多限制。在 LTE 中得到深入研究的干扰消除技术主要是基于 IDMA 的迭代干扰消除技术。IDMA 技术的核心，正如上面指出的，是在不同小区使用不同的伪随机信道交织器。当 IDMA 作为一种干扰随机化的手段时，其效果与小区间加扰并无明显差异。IDMA 技术的优势在于可以通过迭代干扰消除获得
43、更佳的干扰抑制性能。IDMA 系统可以通过迭代干扰消除获得显著的性能增益，但小区加扰的系统却无法通过迭代干扰消除获得明显的性能增益。基于小区加扰系统的迭代接收机会发生导致“错误扩散”的“正反馈”现象，而 IDMA 系统却可以有效地防止这种有害现象。在文献中，仿真结果说明基于 IDMA 的迭代干扰消除技术可以使小区边缘吞吐量(即 5CDF 吞吐量)获得 50的性能增益；在小区平均吞吐量方面，也有 5的性能增益。3.1.3 小区间干扰协调/回避小区间干扰协调回避的基本原理是对下行资源进行一定的管理，来协调多个小区的工作，这样可以避免产生严重的小区间干扰。我们可以选择对资源调度进行限制，也可选择对发
44、射功率进行控制。这种技术可以提高接收机的载干比(CI)，从而可以提高小区边缘用户的传输速率和小区覆盖的范围。资源调度和功率的控制可分别被看做是“软频率复用”和“部分功率控制”。（1）软频率复用软频率复用的基本原理是：对于小区中心的用户可以自由地使用所有的频率资源；而对小区边缘的用户，它们只能按照一定的规则使用其中的一部分频率资源。如图 3.7 所示，我们可以把整个系统的频率资源分为三部分，小区 1 的边缘只使用第一段频率，小区 2、4、6 的边缘只使用第二段频率，小区 3、5、7 的边缘只使用第三段频率。这样就相当于对小区中心采用复用为 1 的频率复用，而对小区边缘采用复用为 3 的频率复用，
45、其结果是整个系统的复用系数介于 1 和 3 之间，通常是一个分数，因此这种频率复用方式称为“分数复用”或“软复用”。图3.7 一个软频率复用的例子（2）部分功率控制“部分功率控制”的基本原理是，一个小区的边缘如果和相邻的小区在重叠的部分使用相同的频率资源，则应当控制发射的功率(即部分功率控制)。为了达到抑制小区间干扰、优化整个系统的性能，对于小区边缘的用户进行适当的功控。这样，小区边缘单个用户的性能可能受到损失，但提高了整个系统的容量。这两种小区间干扰协调方式，都需要用户对基站进行测量和上报，另外基站之间也需要一些信息的交换。这些是干扰协调技术能够实现的不可或缺的因素。3.2 LTE系统中小区
46、间干扰抑制技术CoMP技术OFDM 和 MIMO 技术是 LTE系统的核心技术，通过把高速率的串行数据流转化为若干个低速率的并行数据流，调制到一组正交的子载波集上进行传输，可以有效地消除小区内的干扰。在实际系统中，为了提高频谱利用率，采用了同频组网的方式，整个小区使用全频率覆盖，那么小区边缘的用户会受到邻小区严重的同频干扰，这样小区边缘用户的服务质量被大大地降低了。而MIMO-OFDM 技术使小区间干扰(ICI)更加严重，主要原因是与单载波系统相比，OFDM对频率偏差更加敏感。无线信道的时变性造成的多普勒频移，或者发射机和接收机本地振荡器的频率偏差都会破会子载波的正交性，从而导致ICI。于是，
47、在 LTE 系统中提出了更为有效的协作多点传输(CoMP)技术。CoMP技术是多个基站进行协作，各个协作基站之间共享必要信道状态信息、调度信息和数据信息等，通过各个协作基站间的协调处理，对小区间干扰进行有效的抑制。根据基站端是否共享用户数据，协作多点传输技术主要分为两种情况：联合传输处理(JP，Joint Processing)和协作调度Beamforming。3.2.1 联合传输处理(JP，Joint Processing)联合传输处理：也称为“干阿土扰利用”，即在小区的边缘部分几个相邻小区的基站联合起来形成一个虚拟的 MIMO 基站，小区边缘处于干扰区的用户由这个虚拟的 MIMO 基站服务
48、，而小区中心的用户还是由各自的基站服务。协作的多个基站对小区边缘的用户数据进行联合处理，通过联合处理在协作的基站端消除小区间干扰，从而提高了小区边缘用户的传输速率和服务质量，也提高了整个系统的频谱利用率，此时协作的基站之间需要共享用户数据。协作的基站可同时服务一个或则多个用户。用户1小区1用户2小区2用户3小区3图3.8联合传输处理联合传输处理时，又可根据服务的用户数是一个还是多个分为以下两种情况：单用户CoMP-JP 和多用户CoMP-JP。下面将具体介绍。（1）单用户CoMP-JP在该模式下，协作的基站同时为小区边缘的一个用户服务，可以完全消除小区间干扰。该方案通常在小区间干扰较严重时应用，能够提高用户的增益。但协作的基站只服务一个用户，导致了小区边缘频谱利用率的降低。