小区间干扰抑制技术在港口LTE上的应用

顾明

【摘要】 移动通信技术快速发展，网络用户对移动通信的内容和质量的高要求促使LTE技术诞生并快速推广。众多港口企业为解决港口内无线信号覆盖问题，将LTE技术引入无线网络，此时小区间的干扰抑制成为一个亟待解决的问题。

【关键词】 港口LTE 干扰随机化 干扰消除 干扰协调

为适应全球无线通信呈现出的移动化、宽带化和IP化的趋势，LTE技术应运而生。LTE的目标是获得更高的传输速率，更低的时延，改进的系统容量和覆盖范围，及较低的成本。LTE技术的诞生引发了一系列新需求的涌现，港口企业期望LTE承载港口TOS等大流量数据业务，对堆场生产各作业环节（收箱、提箱、场地、设备、人员等）进行全面管理，实现安全、有机、高效运作，信息及时准确地交换，减少任务传达的层次，缩短信息传递的时间，减小差错率。LTE系统投入使用后，系统覆盖区域会形成多个通信小区，由于LTE是采用正交频分多址（OFDMA） 的接入方式，小区内用户的信息承载在相互正交的不同载波上，因此干扰来自其他小区，小区间的干扰抑制成为一个亟待解决的问题。

一、 LTE小区间干扰产生原因

LTE系统上行采用基于0FDM传输技术的单载波频分多址（SC-FDMA）的接入方式。下行采用 OFDMA的接入方式。0FDMA的接入方式与码分多址（CDMA）不同，无法通过扩频方式消除小区间的干扰，LTE系统又对频谱效率有很高的要求，也不能通过使用较高复用系数的传统的频率复用方法来减弱干扰。LTE特有的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。因此小区间干扰抑制技术非常重要。

二、小区间的干扰抑制技术

2.1 干扰随机化

0FDMA的接入方式，来自外小区的干扰数目有限，但干扰强度较大，干扰源的变化也比较快，采用数学统计的方法来对干扰进行估计就成为一种比较简单可行的方法。干扰随机化不能降低干扰的能量，但能通过给干扰信号加扰的方式将干扰随机化为“白噪声”，从而抑制小区间干扰。干扰随机化的方法主要包括小区专属加扰和小区专属交织。小区专属加扰即是在信道编码后对干扰信号随机加扰，小区专属交织即是在信道编码后，对传输信号进行不同方式的交织。对于干扰的随机化而言，小区专属交织和小区专属加扰可以达到相同的系统性能。

2.2 干扰删除

干扰删除可以将干扰小区的信号解调、解码，然后将来自该小区的干扰重构、删除。小区间干扰删除的实现可以利用在接收端的多天线空间抑制方法来进行干扰删除。如采用交织多址（IDMA）删除小区间的干扰，IDMA可以通过伪随机交织器产生不同的交织图案，并分配给不同的小区，接收机采用不同的交织图案解交织，即可将目标信号和干扰信号分别解出，然后在总的接收信号中减去干扰信号，进而有效地提高接收信号的信噪比。

2.3 干扰协调/避免

干扰协调/避免的核心思想是通过小区间的协调对一个小区的可用资源进行某种限制，以减少本小区对相邻小区的干扰，提高相邻小区在这些资源上的信噪比以及小区边缘的数据速率和覆盖。每个小区中的子载波被分为两组，主子载波与辅子载波。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。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。

2.4 几种干扰抑制技术的比较

干扰随机化继续沿用CDMA系统成熟的加扰技术，比较简单可行，但面对的问题是将干扰视为白噪声处理，可能会造成由于统计特性的不同而带来的测量误差。干扰删除技术可以显著改善小区边缘的系统性能，获得较高的频谱效率，但是对于带宽较小的业务则不太适用，在OFDMA系统中实现也比较复杂，后续对它的研究不多。干扰协调/避免则是目前研究的一项热门技术，其实现简单，可以应用于各种带宽的业务.并且对于干扰抑制有很好的效果，适合于OFDMA 这种特定的接入方式，但是在提高小区边缘用户性能的同时带来了小区整体吞吐量的损失。3种小区间的干扰抑制方法可以相互结合相互补充，以获得更高的系统增益。

三、结语

干扰随机化，干扰删除和干扰协调/避免作为有效的小区间干扰抑制技术，将会大大提高LTE系统的性能，特别是提高小区边缘用户的性能。LTE技术可帮助港口无线网真正实现专业集群、视频监控、TOS数据回传、GIS定位等业务成网，实现码头监控全场景覆盖和主动预警。该网络还可以更进一步加载宽带集群业务，支持语音，数据，图像，视频业务，实现可视化调度，提高港口调度效率，并保障港口码头作业数据、图像、视频等实时调度和监控，同时避免多网络切换的复杂操作。这将大大提高了包括装船、卸船、集港、倒箱、运输等作业的调度效率，降低运营和管理成本，大幅提升港口的综合服务水平和经济效益。