TD-LTE小区干扰协调技术原理与发展研究

李木荣/Li Murong

（中国移动通信集团设计院有限公司 北京100080）

1 引言

TD-LTE 作为由中国主导的第四代移动通信的主流标准之一，是TD-SCDMA 系统的后续演进技术和标准，比TD-SCDMA 拥有更高的用户速率、更低的传输时延和更丰富的业务种类，可得到更好的用户体验。

随着无线通信技术的发展，移动通信系统变得日益复杂，频率资源也日益稀缺，为了充分利用好现有的频率资源，需要进一步提升频谱利用率。因此采用同频组网方式搭建TD-LTE 系统至关重要。TD-LTE 系统采用OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用）技术作为基础的多址接入方式，OFDM技术的基本思想是把高速数据流分散到多个相互正交的子载波上进行传输，从而使各个子载波上的符号速率大大降低，相应的符号持续时间大大加长，并且采用循环前缀的方式抵抗无线信号多径传输的时延扩展[1]。OFDM 技术的正交性使得系统小区内的干扰得以基本消除，但是并不能消除同频组网带来的小区间干扰，严重影响了系统的性能，降低了小区边缘用户的吞吐量。ICIC（Inter-Cell Interference Coordination，小区间干扰协调）技术的提出为解决小区间同频干扰问题提供了一种有效的方法。由于ICIC 技术对干扰抑制的作用较为显著，得到了国际各大企业的重视和广泛研究。

2 ICIC 技术原理

2.1 小区间干扰

对于TD-LTE 系统来说，采用的是20 MHz的大系统带宽，虽然中国移动拥有60 MHz 连续的D 频段（2575~2635 MHz）带宽，存在采用3×20 MHz 异频组网的条件，但是在频率资源紧缺和大数据大流量暴增的今天，采用3×20 MHz 方式进行异频组网是非常不现实的，既不合符频率利用率的原则，也不符合系统大容量的需求。因此，同频组网对TD-LTE 系统具有至关重要的作用，是提升频谱效率的关键。

作为TD-LTE 系统的关键技术，OFDM 在一定程度上抑制了小区内的干扰，但是并不能消除同频组网时邻近小区之间的相互干扰。在同频组网的情况下，每个小区的每个子载波都可能接收到来自所有相邻小区同子载波的信号干扰。上行链路和下行链路干扰情况分别如图1 和图2所示。

图1 上行链路干扰情况

图2 下行链路干扰情况

eNodeB A、B 为两个TD-LTE 室外宏基站，UE1和UE2 分别为主服务基站eNodeB A 和B 边缘的移动用户。对于上行链路来说，eNodeB A 为UE1 分配上行资源集X1，eNodeB B 为UE2 分配上行资源X2，如果X1 和X2的交集不是空集，eNodeB B 会收到UE1 发送的无线信号，那么，对于eNodeB B 来说，来自UE1的信号就是干扰信号。同理，对于下行链路小区间的干扰问题与上行链路类似，如果两个基站分配给两个用户的资源有交集，则UE1 将接收到来自eNodeB B的干扰。如果UE1 或UE2 处在两个基站服务小区的重叠覆盖区域，小区间的干扰就会更加严重。当然，如果分配的资源集的交集为空集，就可以避免上述情况发生，但是采用同频组网的方式，空集的概率非常小，因此，避免和降低小区间干扰对TD-LTE网络来说举足轻重。

2.2 典型ICIC 技术的原理

为了更好地抑制小区间干扰和提高频谱利用率，在4G 技术中引入ICIC小区间干扰协调技术。ICIC 技术是指在相互干扰的小区间通过协调功率和频域资源的使用，避免或降低小区间干扰的技术，主要用于解决宏蜂窝连续覆盖下业务信道的邻区干扰问题。干扰的协调可以从频域、时域、空域以及功率上进行，尽量避免和降低小区间的同频干扰。ICIC 技术的目的是通过管理无线资源来控制小区间的干扰，从而达到改善小区覆盖、提高小区边缘用户吞吐量、提升小区平均频谱效率的作用。

ICIC 技术在实现上方式多、分类丰富。按资源分配的周期可分为静态ICIC、半静态ICIC、动态ICIC和协作调度； 按资源调度的方式可分为部分频率复用、软频率复用和全频率复用。

ICIC 典型的实现方法如图3所示。将系统载波的带宽（20 MHz）分为3 个部分，从图3（a）可以看出，小区边缘子载波互为正交，从而减少了小区间干扰。对于上述的这种实现方式，上行链路和下行链路采用的是不同的资源分配策略。对于上行链路，小区边缘区域（OC）的资源用于边缘用户的调度，小区中心区域（IC）的资源用于中心用户的调度，另外，允许小区边缘用户使用部分IC 资源，但是必须对该部分资源进行功率控制，从而降低同频干扰。对于下行链路的实现方法，也就是典型的软频率复用，软频率复用对部分子频带资源进行功率控制以达到小区干扰抑制的作用。如图3（c）把三等分的子频带分为两部分，一部分作为主子载波组，另一部分作为辅子载波组。主子载波组的功率门限高于辅载波组的功率，且相邻小区间的主子载波组必须是相互正交的。主子载波组可用于小区内所有用户，但是边缘用户对其具有较高的使用优先级；辅子载波组只用于小区中心的用户，边缘用户不可使用。该种ICIC实现方式，如果从资源分配周期来看，属于静态ICIC 技术，最大的缺陷是对小区用户的带宽进行了严格限制，特别是小区边缘的用户，导致了小区频率效率不高。而且，当小区内的负载随着时间不断变化，这种方式就变得非常不灵活。因此，这种方式主要适用于人口密度小、用户行为较为单一的区域。对于用户密集、负载变化较快的区域，需考虑使用资源分配方式更灵活的ICIC 技术，如动态ICIC 技术等。

图3 ICIC 典型的实现方法

3 仿真验证

本节通过采用静态仿真方式验证ICIC 对小区吞吐量的影响，仿真输出小区平均吞吐量和小区边缘吞吐量，最后通过对比开启ICIC 前后吞吐量的变化得出结论。

3.1 仿真情况

仿真选取某地市面积为3.6 km2的区域，区域内共有48 个（涉及137 个小区）TD-LTE的D频段站点，其中，平均站间距300 m，平均站高为32 m。仿真参数设置和仿真结果分别见表1 和表2。

3.2 小结

从上述仿真结果可以看出，在启动ICIC 功能后，小区平均吞吐量略有提高，而小区边缘吞吐量达到了30%以上的提升。可见，采用ICIC 技术后，系统在较好地抑制了干扰的同时，也保证了小区的平均吞吐量，使得小区边缘吞吐量有了显著提高。

表1 仿真参数设置

表2 仿真结果

4 小区间干扰抑制技术的发展

为了适应网络的发展，系统需要性能更加优越的干扰抑制技术，在LTE-Advanced（LTE-A）技术中引进了CoMP（Coordinated Multiple Points，多点协作）传输技术。CoMP 传输技术通过协作多个小区共享用户相关的信息，在小区间实现多用户的多点协作传输。通过引入CoMP 传输技术，能够有效地解决小区边缘干扰问题，从而提高小区边缘的吞吐量，扩大高速传输覆盖。另外，由于传统ICIC 只能缓解业务信道的干扰，不能解决控制信道的干扰，因此，LTE-A 在引入载波聚合（Carrier Aggregation，CA）技术的同时，提出了增强型小区间干扰协调（eICIC）技术。eICIC 技术分为两种：一种是基于载波聚合的跨载波调度方案； 另一种是非载波聚合（Non-CA）下基于ABS的eICIC。eICIC 技术是为了解决异构网络中控制信道和数据信道的干扰而提出的，但它仍然无法解决小区公共信道干扰等问题，因此，在3GPP中又提出了一种新的ICIC 技术，称为Further Enhanced Non CA-Based ICIC for LTE（FeICIC）。总的来说，小区间干扰抑制技术的发展必须与网络的性能和要求相匹配，同时也要与快速增长的用户需求相匹配。

[1]林辉，焦惠颖，刘思扬等.LTE Advanced 关键技术详解[M].北京：人民邮电出版社，2012.

[2]张蓓蓓，刘芳，唐碧华.下一代无线通信系统中的小区间干扰协调（ICIC）技术[EB/OL].http://www.paper.edu.cn/releasepaper/content/201212-1184,2012.

[3]蒋远，汤利民.TD-LTE 原理与网络规划设计[M].北京：人民邮电出版社,2012.

[4]R1-051059,3GPP TSG-RAN WG1#42bis,Texas Instruments.Inter-Cell Interference Mitigation for EUTRA[S].2005.