LTE小区间干扰协调技术研究

范波勇，张　敏

(湖南邮电职业技术学院，湖南长沙410015)

LTE小区间干扰协调技术研究

范波勇，张敏

(湖南邮电职业技术学院，湖南长沙410015)

【摘要】LTE采用了MIMO和OFDM技术，在干扰协调方面表现更加复杂，并且缺乏网络部署经验。为了推进LTE的商用进程，急需对LTE干扰协调技术进行更深入研究。根据LTE系统组网的工程实践，介绍了LTE的干扰协调技术及其分类，分析了ICIC设计的主要基础和设计要点，提出了频率复用的ICIC方法。研究结果为LTE系统组网提供了参考依据。

【关键词】LTE；ICIC；干扰协调；MIMO；OFDM

在LTE移动通信系统中，采用正交频分复用OFDM技术，而子载波具有正交性，会有效降低小区内部的子载波之间干扰[1]。然而，LTE网络是多小区部署，肯定存在小区之间的干扰（ICI），会严重影响LTE组网性能。可以说，LTE组网时，当相同频率资源被相邻小区复用时，LTE移动通信系统就会产生ICI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。为了解决此问题，先分析小区间的干扰消除技术。

有三种小区间干扰消除技术可以采用，其特点分别如下。其一，小区间干扰随机化算法目的是对干扰信号进行随机化处理，比如加扰、交织、跳频。其二，小区间干扰消除算法是通过限制移动台UE超过门限的干扰电平的方法实现的，比如干扰对消。其三，小区间干扰协调算法通过对各个小区的下行资源（包括时频资源及功率等）进行管理来消除干扰，对小区边缘可用的时频资源做一定限制。经过分析，干扰随机化算法并没有使干扰真正减少，干扰消除算法也只能对特定干扰源予以消除，所以本文着重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，也会增加了小区间的干扰。在不同小区之间，物理资源块PRB资源在频域上是不断重复使用的，因此需要重点解决小区间干扰问题。

1　ICIC技术分类

在LTE系统中，采用扁平化的网络结构，去掉了3G网络中无线网络控制器（RNC），无线资源管理

（RRM）功能也下移至LTE基站（eNodeB）中，所以小区间干扰协调（Inter Cell Interference Coordination, ICIC）功能将在eNodeB中考虑并得以实现[2]。ICIC技术包含以下几种类别。

静态ICIC：在这种方式中，资源限制的协商和实施在部署网络时完成，在网络运营的时期可以调整，限定各个小区的资源调度和分配策略，避免小区间的干扰。在这种情况下，eNode B之间的信息交互量非常有限，信息交互的周期也比较长。比较典型的静态干扰协调方式是部分频率复用方案。静态ICIC可采用频率资源协调或功率资源协调方式。

半静态ICIC：初始划分中心频带和边缘频带，然后根据服务小区和邻区实际的边缘负荷大小而动态地调整边缘频带。小区间慢速地交互小区内用户功率信息、小区负载信息、资源分配信息、干扰信息等，小区利用这些信息，调整中心和边缘用户的频率资源分配，以及功率大小来协调干扰，提高边缘用户性能。在这种情况下，信息交互的周期在数十秒至数分钟量级。半静态干扰协调的主要功能模块包括中心、边缘用户判断，上行和下行负载信息的提示，负载信息的收发管理，以及负载信息处理及其对资源调度，功率控制的影响。

动态ICIC：小区间实时动态地进行协调调度，降低小区间干扰的方法。动态干扰协调的周期为毫秒量级，要求小区间实时的信息交互，资源协调的时间通常以TTI为单位。由于E-UTRAN系统基站间的X2接口的典型时延为10～20ms，不同基站间小区无法实现完全实时的动态干扰协调，因此TD-LTE系统中不采用此技术。动态干扰协调更多地用于同一基站的不同扇区间的干扰协调。

小区间干扰是一个限制因素，对小区边缘用户的吞吐量性能产生影响。因为LTE系统的频率复用系数为1，所以对小区间干扰的抑制显得尤为重要。因此，为了提高边缘用户的数据速率，eNodeB应该制定对小区间干扰协调的调度策略。比如，调度算法应考虑对于特定时频资源分配，对时频资源适时予以限制，对传输功率适时进行分配，来进行小区间的干扰协调。

1）上行干扰协调

上行干扰协调由服务eNodeB通过X2接口传递高干扰指示器（HII）和过载指示器（OI）给相邻eN-odeB实现[3]。主要手段如下：

引入OI：本小区由于部分子载波由于上行链路干扰超过触发门限，而将OI发送给相邻小区以指示在本小区内部的上行链路干扰情况。OI的测量采用eNodeB的噪声测量，即测量值为噪声加上干扰。

上行功率控制的支持：上行功率控制是上行干扰协调的手段之一，支持以下功率控制机制：PUSCH和PUCCH中的开环和闭环功率控制；RACH具有开环功率控制；SRS采用跟随PUSCH的功率控制，持续调度采用与PUCCH相同的功率控制[4]。

2）下行干扰协调

下行干扰协调由服务eNodeB通过X2接口传递相对窄带发射功率（RNTP Tx Power，下行传输功率的指示）指示给相邻eNodeB来实现[5]。

2　ICIC设计要点

ICIC设计基础如下：

1）因为采用多小区部署，LTE系统的小区边缘肯定会产生小区间干扰。

2）干扰随机化尽量采用跳频和加扰的方法将干扰降低。

3）子载波的正交性原理使小区内部干扰基本可以避免。

4）通过X2接口而不是S1接口传递过载指示信息OI，可以实现快速干扰协调。在实际网络中，为了节省X2接口之间的传输线路，也可以通过eNodeB与移动管理实体MME之间的S1接口来实现ICIC，这样就降低了干扰协调速度。

ICIC的程序可以被描述为下面三个步骤：

步骤1：服务小区以来自于相邻小区的高干扰指示器HII为基础，调节边缘UE和中心UE所占物理资源块（PRB）的比例，本小区边缘总吞吐量和更新后的HII也将被发送到相邻小区[5]。

步骤2：调度器基于更新后的PRB比例进行资源分配。

步骤3：通过静态或者半静态的方法，调整小区中心区域UE的发送功率。

这种ICIC方案可以应用于上行和下行链路。

每个UE的参考信号接收功率（RSRP）报告给eNodeB，这样在UE和eNodeB之间存在大量的信息交换，以此eNodeB来制定ICIC策略。所以必须要减少UE和eNodeB之间的信令开销，主要措施有：其一，可以减少周期报告中的事件触发；其二，通过设置合理的门限值减少信令开销。

在ICIC设计时，如果扩大ICIC区域，可以降低小区间干扰，性能得到提升；反之，如果缩小ICIC区域，则可以减少信令开销，可以降低整个LTE系统的负荷，如图1所示。

图1　ICIC报告门限

3　干扰协调与频率复用

ICIC的任务是通过管理无线资源来控制小区间的干扰，从而提高小区边缘的信噪比，降低干扰。eNodeB无线资源管理功能需要考虑小区的资源使用状态、业务负荷状况和用户数等参数，eNodeB通过X2接口信息传递来实现小区间资源分配、调度及功率控制，来提高整个的系统性能。同时，ICIC的实现需要考虑网络规划中的频率复用因子[6]。

静态ICIC可以采用频率资源协调的方式实现，即部分频率复用技术（FFR），即频率复用因子是可变的。因为LTE系统同频干扰对小区边缘用户的信道质量产生影响，所以将每个小区可以分成内外两组，内组的用户受到的干扰很小，和服务小区通信时不需要很大的发射功率，因此小区中心用户可以使用相同的频率资源，频率复用因子为1，而外组的小区边缘用户采用不同的频率，相邻的小区的频率复用因子为3，如图2所示。

图2　部分频率复用示意图

在图2中，将整段频率资源分成3段，小区中心的用户使用整段频率，采用小功率发射，因此不会对相邻小区造成大的干扰。而小区边缘用户只能使用部分频率，即频率1、频率2或频率3，且采用较高的功率发射，避免同频干扰。

另外，静态ICIC也可以基于功率资源协调的方式实现，即软频率复用技术（SFR）。软频率复用继承了部分频率复用的优点，同时采用动态的频率复用因子，比较明显地提高了频率的利用效率。系统频段划分成三个或者更多的部分,一部分用一个高的功率门限,用于整个小区，其他的部分设置相对低的功率门限，只用于小区内部。软频率复用的技术本质是，牺牲小区边缘的可获得带宽，带来信噪比SINR的提升。从信息论可以证明，复用因子为3的情况下，小区边缘的频段可以实现正交，能够获得最大的小区边缘容量。也就是说复用3和复用1比较,虽然带宽只有1/3，但是获得的SINR的提升能够弥补带宽的损失，从而获得容量的增益。小区中心用户使用低功率块，小区边缘用户使用高功率块的方式如图3所示。

图3　软频率复用示意图

FFR和SFR的区别在于复用的频率范围和数量不一样，FFR只拿出一部分频率在小区边缘进行复用，而SFR允许所有频率在小区边缘复用。

FFR和SFR都是事前规避的ICIC方法，通过提高小区边缘的频率复用因子，改善小区边缘的性能，降低小区间的干扰。事前规避的方式仅适用于小区边缘低负荷的场景。当小区边缘负荷较高的时候，边缘用户所用的时频资源比较多，没有空闲时频资源可供灵活调度，所以不能采用事前规避的方法，只能进行事后控制。事后控制的ICIC通过在基站之间X2接口交互负载信息，了解邻区的资源使用以及干扰情况；在调度本小区的UE时，或者避开邻区已经使用的RB，或者在这些RB上降低功率发送。同时把自己的资源利用情况告诉邻区，尽量避免邻区间的资源碰撞，来达到干扰协调的目的。

4　结束语

本文对LTE研究中的ICIC设计方案和性能进行了介绍，分析了三种ICIC技术方案，提出了ICIC设计的基础和要点及频率复用的ICIC模式。本文研究可为LTE系统的网络规划提供指引。

【参考文献】

[1]陈昌川,廖晓锋,赵川斌.TD-LTE无线接入网介绍[J].通信技术,2009,42（3）:103-105.

[2]董伟杰,王超.TD-LTE发展中的关键问题[J].通信技术, 2010,43（5）:168-175.

[3]余建飞,孙涌,王士鑫,胡欣.LTE上行干扰协调技术的研究[J].计算机工程, 2012, 38（20）:56-59.

[4]路兆铭,刘博,温向明,郑伟,凌大兵.自适应小区间干扰协调技术[J].北京邮电大学学报, 2011,34（增刊）:68-72.

[5]朱强,胡恒杰,杨梦涵,卫娜. TD-LTE频率复用与干扰协调[J].移动通信, 2010（5）:36-40.

[6]马洪涛. TD-LTE系统频率复用仿真分析[J].现代电子技术, 2011,34（2）:75-78.

Study on inter-cell interference coordination techniques of LTE

FAN Bo-yong，ZHANG Min
(Hunan Post and Telecommunication College, Changsha, Hunan, China 410015)

Abstract：LTE uses MIMO and OFDM technology. It is more complex in interference coordination, and we lack implementation experiences for network planning. To speed up the LTE commercialization, the interference coordination techniques should be started to study deeply. According to engineering practice of LTE system, the interference coordination techniques and its classification are introduced, the ICIC design principle and key points are analyzed, and the frequency reusing methods are put forward. The conclusion provides reference for LTE network planning.

Keywords：LTE; ICIC; interference coordination; MIMO; OFDM

[作者简介]范波勇（1974-），男，副教授，高级工程师，硕士，研究方向：3G、4G移动通信。

[基金项目]湖南省青年骨干教师培养项目。

[收稿日期]2015-10-12

【中图分类号】TN929.5

【文献标识码】A

【文章编号】2095-7661（2015）04-0007-03

【doi:10.3969/j.issn.2095-7661.2015.04.002】