lte系统中小区间干扰抑制技术研究

lte系统中小区间干扰抑制技术研究内容摘要：

/h 时，系统仍能高性能的服务。 在移动速度大于 120km/h 时，仍能保证连接。 最大支持 350km/h 的移动速度。 覆盖范围：对于半径为 5km 的小区，可以达到系统的上述极限性能；对于30km的小区半径，上述性能可以降低一些；最大支持半径 100km的小区。 多媒体广播多 播业务 (MBMS， Multimedia Broadcast Multicast Service)： LTE能支持比 HSPA 更好性能的 MBMS 业务。 广播的频谱效率在 1bits/Hz，在 5M带宽可以支持 16 个速率为 300kps 的移动电视频道。 支持在单载波上提供 MBMS服务，也支持 MBMS 业务和语音、数据业务同时工作。 (3)部署运营 (deploymentrelated aspects)：包括运营部署环境，频谱分配及扩展性，与 3G 的共存和切换问题。 LTE 可以单独部署或者和 3G 其它系统共存。 LTE 的频谱范 围就是在IMT2020 规定的范围内，可以工作在成对的频率上或不成对的频率上，即可工作在频分双工 FDD 模式和时分双工 TDD 模式。 LTE 一般支持可变的频段，包括， (与 的 TDSCDMA 兼容 )， ， 5MHz， 10MHz， 15MHz和 20MHz，并且 LTE 的工作频带是可扩展的，随着业务的需求，可以扩大或缩小。 图 21 LTE 频谱扩展过程 与此同时， LTE 还要求能与现有系统 GSM、 WCDMA、 TDSCDMA 切换，支持各种无线接入技术 (RAT， Radio Access Technology)的互操作。 (4)体系架构与升级过渡 (architecture and migration)：只支持单一的体系架构，希望以包交换为主，提供端到端的 QoS 服务。 尽可能的减少各个模块间的接口以及接口之间的延迟。 支持增强的 IP 多媒体子系统 (IMS， IP Multimedia Subsystem)和核心网，追求后向兼容，但应该仔细考虑性能改进和向后兼容之间的平衡，取消电路交换域 (CS， Circuit Switch)， CS 域业务在包交换域 (PS， Packet Switch)中实现，如采 用 VoIP。 (5)无线资源管理 (radio resource management)：确保适应不同业务的端到端的QoS 服务；有效支持高层协议传输，比如上层 IP 协议转换到空中接口的 IP 头压缩；支持在不同接入系统间的负载共享和资源策略管理，比如在 GSM、 HSPA等系统之间的负载共享和减小相互切换的延迟。 (6)复杂度 (plexity)：希望系统和终端的复杂度都要降低，主要考虑减小不必要的选项，没有冗余必选特征，减小协议状态和一些不必要的过程等。 从终端的尺寸大小、重量、电池寿命等方面考虑终端的复杂度、成本。 同时考虑终端支持其它各种接入系统 (多模制式 )。 (7)其它考虑 (general aspects)：主要从部署运营成本和服务要求考虑。 部署运营成本：后台 (backhual)通信协议需要优化，尽可能运用己部署的网络，降低建网成本。 空中接口部分支持不同设备的互操作；支持更有效的后台维护管理。 服务要求：要求系统服务能同时支持网页浏览、文件传输 FTP，视频流， VoIP和其它各种数据流服务。 LTE 技术特点 移动运营商对 LTE 提出了要求，要求 LTE 必须成为一个有竞争力的 B3G 宽带无线业务提供 手段。 因此， LTE 系统的设计主要考虑如下几个总体目标： (1)降低每比特成本。 (2)扩展业务的提供能力，以更低的成本、更佳的用户体验提供更多的业务。 (3)灵活使用现有的和新的频段。 (4)简化结构，开放接口。 (5)实现终端的合理功耗。 同时，鉴于原有 UMTS 标准中较多的选项 (Options)给设备研发带来的麻烦，3GPP 也希望借助 LTE 这一契机尽可能删减选项的数量。 为实现 LTE 要求的高性能，系统架构也不可避免地会发生改变。 总结起来，为了实现一个高数据率、低延迟、为分组业务优化的系统，需要完成以下工作。 (1)在空中接口物理层方面，支持灵活的传输带宽，引入新的传输技术和先进的多天线技术。 (2)在空中接口层 2/3 层方面，对信令设计进行优化。 (3)在 RAN 架构方面，确定优化的 RAN 架构和 RAN 网元之间的功能划分。 (4)优化 RF 设计。 LTE 物理层结构 物理层是协议的最底层，是整个 LTE 最复杂、最核心的层次。 下面就 LTE的多址技术选择、双工方式、帧结构做仔细阐述。 多址技术的选择 鉴于 OFDM 的高频谱特性和天然的抗多径能力， LTE 采用 OFDM 技术来传送数据。 对于多址方式，下行采用 OFDMA 技术，但在上行多址技术的选择上又分为两种观点。 大部分厂商因为对 OFDMA 的上行高峰均比 PAPR(将影响手持终端的功放成本和电池寿命 )有顾虑，主张采用具有较低 PAPR 的单载波技术。 另一些公司建议在上行也采用 OFDMA 技术，并用一些增强技术解决 PAPR 的问题。 经过激烈的讨论， 3GPP 最终选择了大多数公司支持的方案，即下行 OFDMA，上行单载波 SCFDMA， (SingleCarrier FDMA)。 单载波 SCFDMA 有两种实现方式：一种是用户的子载波连续，即用户的子载波集 中连续分配在一起，形成单载波特性；另外一种是用户的子载波在整个频谱内等间隔分布，如交织频分多址 (IFDMA， Interleaved Frequncy Division Multiple Access)。 由于后者在资源调度方面不能充分考虑信道的频率选择性，因此目前的 SCFDMA 通常指子载波连续分配的形式。 双工方式和帧结构 LTE 既然是 3GPP 提出的系统演进，在双工方式和帧结构方面，都兼容当前的 3G 系统，即同时支持频分双工 FDD 和时分双工 TDD 两种双工方式。 在 3G系统中， FDD 和 TDD 系统不相互兼容，为了摆脱两种双工方式对系统研发的制约，减小同时支持两种双工方式的复杂性，加上 TDD 模式研究相对滞后， TDD采用 FDD 中成熟的技术，除了因为 TDD 模式的特别考虑造成的差异，其物理技术与 FDD 大致相同。 LTE 在数据传输延迟方面的要求很高 (单向延迟小于 5ms)，这一指标要求LTE 系统必须采用很小的传输时间间隔 (TTI， Time Transmit Interval)。 大多数公司主要出于对 FDD 系统对原有 3G 系统的平滑升级考虑，建议采用 的时隙长度。 在 FDD 中，规定一个无线 帧 (radio 帧 )长度为 10ms，由 20 个时隙 (slot)构成，每一个时隙的长度为 Tslto=15360*Ts=，这些时隙分别编号为 0~19。 为了方便，每两个相邻的时隙称为一个子帧 (subframe)，其中第 i 个子帧由第 2i 个和 2i+1个时隙构成。 对于 FDD，在每一个 10ms 中，有 10 个子帧可以用于下行传输，并且有 10 个子帧可以用于上行传输，上下行传输在频域上进行分开，如图 22所示。 这个与 WCDMA 的帧结构的时间大致相似，只是时间划分的更加小，便于减小延迟和更好的适应信道变化。 一个时隙内根据情 况有 7 个或者 6 个 OFDM符号。 当小区的覆盖比较大时，路径时延比较大，需要循环前缀 CP 相对较长，这样就只能在 的时隙内放置 6 个 OFDM 符号。 图 22 FDD 帧结构 对于 TDD 的帧结构，在 2020 年 TSGRAN WG151b 次会议上，由中国移动研究院提出融合现有 FDD 和 TDD 的方案，为了减小双模终端复杂度，提议只采用一种 TDD 模式，同时使 TDD 向 FDD 靠拢，采用相同的子帧格式，如图 23所示。 图 23 TDD 兼容 FDD 的帧格式 每一个无线帧由两个半帧 (halfframe)构成，每一 个半帧长度为 5ms。 每一个半帧又由 8 个常规时隙和 DwPTS、 GP 和 UpPTS 三个特殊时隙构成。 1 个常规时隙的长度为。 这三个特殊信息组成一个 1ms 的子帧，这样的结构争取与原有的 TDSCDMA 系统兼容。 而其它 8 个 的时隙分别组成 4 个子帧。 可以看到此 TDD 模式的帧结构跟 FDD 模式大致相同，除了第二个子帧 subframe之外用于 DwPTS、 GP、 UpPTS，其余的结构与 FDD 完全类似。 LTE 关键技术 OFDM 技术 OFDM 技术是 LTE 系统的技术基础与 主要特点， OFDM 系统参数设定对整个系统的性能会产生决定性的影响，其中载波间隔又是 OFDM 系统的最基本参数。 经过理论分析与仿真比较最终确定为 15kHz，上下行的最小资源块为 375kHz。 数据到资源块的映射方式可采用集中方式或离散方式。 循环前缀 CP 的长度决定了 OFDM 系统的抗多径能力和覆盖能力。 长 CP 利于克服多径干扰，支持大范围覆盖，但系统开销也会相应增加，导致数据传输能力下降。 为了达到小区半径 100km 的覆盖要求， LTE 系统采用长短两套循环前缀方案，根据具体场景进行选择：短 CP 方案为基本选项，长 CP 方案用 于支持LTE 大范围覆盖和多小区广播业务。 MIMO 技术 传统的技术仅使用单独的发射和接收天线或者在基站安装多个天线以获得发射或接收分集增益。 MIMO 技术同时在基站和移动台使用多个天线，并且使用码复用的技术，其将每一个信道中使用的符号利用不同的空间特性调制成 M 个可以区分的数据流，其中 M 是天线的数量。 从原理上说，码复用技术在相同发射功率情况下最大吞吐量是单个天线的 M 倍，或者在得到相同吞吐量的情况下单天线系统将发射功率降低为 1/M 倍， MIMO 技术从理论上引入了 “空域 ”的概念，极大的提高了系统 的性能。 在 LTE 系统中， MIMO 被认为是达到用户平均吞吐量和频谱效率要求的最佳技术， LTE 系统将设计可以适应宏小区、微小区、热点等各种环境的 MIMO技术。 LTE 上行系统 MIMO 的基本配置是 2x2 天线，是在 UE 有两个发射天线，在基站有两个接收天线。 并且 LTE 正在考虑发射分集 (包括循环位移分集和空时 /频块码 )、 SDM 和预编码等技术，同时，也正在考虑采用更多天线的可能性。 LTE系统还将采用一种被称为虚拟 MIMO 的特殊技术，此项技术可以动态的将两个单天线发送的 UE 配成一对，进行虚拟的 MIMO 发送，这样两个 MIMO 信道具有较好正交性的以共享相同的时 /频资源，从而提高上行系统的容量需要 UE 发送相互正交的参考符号，以支持 MIMO。 这项技术对标准化的影响，主要是需要UE 发送相互正交的参考序列，以支持 MIMO 信道估计，简化 eNB 的处理。 资源调度机制 基于 eNB 的上行调度就是动态的将最适合的时 /频资源分配给某个用户，系统根据信道质量信息 (CQI)的反馈、有待调度的数据量、 UE 能力级等决定资源的分配，并通过控制信令通知用户。 下行控制信令通知分配给 UE 何种资源及其对应的传输格式。 调度器可以即时地从多个可选 方案中选择最好的复用策略，例一如子载波资源的分配和复用。 这种选择资源块和确定如何复角 UE 的灵活性，可以极大地影响可获得的调度性能。 调度和链路自适应、 HARQ 紧密联系，都是根据下述信息来调整的。 (1)QoS 参数和测量； (2)eNB 有待调度的负载量； . (3)等待重传的数据； (4)UE 的 CQI 反馈； (5)UE 能力级； (6)UE 睡眠周期和测量间隙 /长度； (7)系统参数，如带宽和干扰水平。 LTE 的调度可以灵活的在集中和分布调度方式之间切换，并将考虑减小开销的方法。 上行调度除了可以采用调度来分配无线资源 外，还将支持基于竞争的资源分配方式。 调度操作的基础是 CQI 反馈 (CQI 信息还可以用于 AMC、干扰管理和功率控制等 )。 CQI 反馈的频域密度应该是最小资源块的整数倍， CQI 的反馈周期可以根据情况的变化进行调整。 LTE 还未确定具体的 CQI 反馈方法，但反馈开销的大小将作为选择 CQI 反馈方法的重要依据。 小区间干扰抑制技术 LTE 提高小区边缘数据率的目标将通过小区间干扰抑制技术实现。 小区间干扰抑制技术主要包括小区间干扰随机化、小区间干扰消除和小区间干扰协调 /回避。 干扰消除技术主要是在接收机采用 多用户检测消除相邻小区的干扰，目前主要考虑基于 UE 多天线接收的 IRC 技术。 干扰协调技术是对下行资源管理设置一定的限制，以协调多个小区动作，避免产生严重的小区间干扰。 在难以使用干扰消除和干扰协调的时候，干扰随机化技术是将小区间的干扰随机化为白噪声，因此又称为干扰白化。 干扰随机化可以采用如小区特定的加扰和小区特定的交织，后者即为大家所知的交织多址 (IDMA)；此外，还可采用跳频方式。 目前主要考虑采用小区加扰来实现干扰随机化，这种方法可以取得最基本的小区间干扰抑制效果。