LTE中MRC和IRC的性能分析及工程实现

梁素龙++翟小珂

摘 要： LTE中基站侧在进行上行业务信道处理或者上行控制信道处理时，采用干扰消除处理时常用的技术有MRC和IRC两种方式。给出两种处理技术的特点和差异，同时也通过软件仿真给出各自的性能特点及应用场景。最后结合具体的工程给出了相关实现方式，并且在应用测试中取得良好的效果。

关键词： LTE； 上行； IRC； MRC

中图分类号： TN958?34； TP391.4 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2015）11?0061?02

Performance analysis and project implementation of MRC and IRC in LTE

LIANG Su?long1， ZHAI Xiao?ke2

（1. Xian Research Center of ZTE， Xian 710114， China； 2. College of Electronic Information Engineering， Inner Mongolia University， Hohhot 010020， China）

Abstract： Maximal ratio combining （MRC） and interference rejection combining （IRC） are often used in eNodeB of LTE for interference elimination processing when uplink traffic channel processing or uplink control channel processing is carried out. The characteristics and differences of the two processing technologies are offered in this paper， and performance features and application scenarios of the two processing technologies are also given by software simulation respectively. Finally the related implementation modes are provided according to specific project. Good effects were obtained in application test.

Keywords： LTE； uplink； IRC； MRC

在LTE（Long Term Evolution）中的eNodeB（基站侧）PHY进行处理时，主要是根据接收到的基带信号（该信号已经通过FPGA进行下变频和FIR滤波后），对信道和发射信号进行解析。其中对信道的特性解析中常采用信道估计方式有LS（最小二乘估计）和MMSE（最小均方误差），在获得信道估计结果之后根据估计的[H]值进一步对UE侧发射信号进行解析。本文主要阐述根据[H]值获取发射信号的具体实现技术，并对两种常见的技术MRC（Maximal Ratio Combining）和IRC（Interference Rejection Combining）在相同条件下进行仿真对比。

1 干扰对消技术

在LTE中的基站接收系统模型为：

[YKaRx×1=HKaRx×KaTx×XKaTx×1+NKaRx×1]

式中：[XKaTx×1]表述UE侧发射的信号；[HKaRx×KaTx]为收发天线的信道矩阵，也就是信道估计后的结果；[YKaRx×1]为基站侧接收信号矢量；[NKaRx×1]为高斯白噪声矢量；[Ka]为天线的索引值；[Rx]和[Tx]分别表示天线的接收和发射。在LTE中天线数的取值范围为1，2，4，8，为方便本文采用两天线为例。

1.1 MRC（最大比合并）原理

最大比值合并原理是指各条支路接收信号加权系数与该支路信噪比成正比。在LTE中也就是各个天线接收到的信号。信噪比越大，加权系数越大，从而对合并后的信号贡献也越大。把噪声和干扰统一看做高斯白噪声来处理。认为各个天线收到的信号互相干扰很小，即互相关为0。设定系统为两天线时并且对上面的系统模型简化表达，两路天线接收到的信号分别为[y1]和[y2，]表达式为：

[y1=H1x+n1y2=H2x+n2]

式中：[H1]和[H2]表示得到的信道估计值（在LTE中常用的信道估计方式有LS和MMSE），信道共轭分别为[H*1]和[H*2]，之后与接收到的信号相乘得到：

[z1=H*1y1=H12x+H*1n1]

[z2=H*2y2=H22x+H*2n2]

最终信号为[z1+z2，]该算法提高了信号的方差，但噪声方差没有改变。

1.2 IRC（干扰抑制合并）原理

干扰抑制合并算法具有多种形式，但本质上都是利用干扰噪声信号的协方差矩阵对接收信号进行处理，从而提高系统性能。在多天线（大于1天线）下实现，利用一个权值矩阵对不同天线接收到的信号进行线性合并，抑制信道相关性导致的干扰，天线数越多其消除干扰的能力越强。

前面的MRC方法是将高斯白噪声和干扰信号统一看成高斯白噪声。然而事实上，干扰信号的频谱并不是全带宽均匀分布的，而是与各个UE信号具有相类似频谱分布的干扰。因此在无干扰或者干扰比较小时采用MRC，但是在强干扰时采用IRC。

1.3 BLER（误块率）

在LTE中，BLER表示传输信道的数据块差错率，是对单位时间内信道上接收到坏数据块的一个统计参数。与通常的BER（误比特率）差别在于，BER是用来衡量接收机特性的指标，然而BLER是用来衡量系统性能测试的。此外在处理流程上BLER是在CRC（循环冗余校验）之后测量，记录丢掉的误码块，而BER是在CRC之前，记录比特的错误。因此在工程测试时需关注BLER的具体指标。

1.4 性能对比

以2T2R（两发两收的系统）为例，对于MRC来讲协方差矩阵[Rnn]为：

[Rnn=R1100R22]

[Rnn]为对角阵，认为各个天线之间没有干扰，因此除对角线之外值都为0。之后进行各自加权处理。

然而对于IRC来讲协方差矩阵[Rnn]为：

[Rnn=R11R12R21R22]

由于考虑到各个天线之间的干扰，对角线之外的值不为0。后续处理也相对复杂。通过Matlab对两种技术进行仿真比较如图1，图2所示。

从仿真图来看，无论采用哪种技术显然随着信噪比的提高，BLER会明显下降。图1中无干扰情况下，MRC的性能要优于IRC性能，这也与MRC情况下各个天线接收信号的互相关特性为0有关，与预期吻合。图2中由于考虑到各个天线的相互干扰，因此IRC的特性要明显好于MRC，符合理论预期。

2 工程中的应用

在具体的应用中，根据周围环境的干扰情况可以采用MRC和IRC不同的处理方式。对于基带处理时该参数为小区级参数，通过控制面在建立小区时下发给CMAC，之后通过PHY的主控对建立的小区分别进行配置。物理层采用飞思卡尔（freescale）公司的8157芯片进行处理。该芯片每片DSP有6个core，其中前4个core进行信道估计后根据该配置参数对小区内的UE进行相应的合并处理。

两种技术应用于LTE中PUSCH业务信道和PUCCH的控制信道。由于IRC的算法流程较为复杂，因此在实际应用测试中发现大量UE接入小区后进行灌包时IRC的处理cycle要明显高于MRC。测试时极端情况下DSP处理时IRC方式可能会引起处理超时，导致系统处理异常。

3 结 论

由于MRC和IRC有各自的特点，可以根据具体的外场情况选择相应的合并方式。目前两种方式已经在LTE产品中得到应用。测试情况与理论分析均符合预期。另外由于外场实际环境比理论更为复杂，目前在研发关于IRC的改进算法，更加有效地对有色噪声进行合并处理，从而提高系统性能。

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