OFDM系统的小区间干扰抑制技术研究

摘要本文着重针对小区干扰消除技术对系统设计的要求进行了分析，提出了一种基于编码块分割的预定义频率资源块分配方法，以支持对多种带宽业务的小区间干扰消除。

另外还提出了一种将小区间干扰协调和干扰消除合并使用的混合方法，可以在适应各种带宽业务的同时，实现系统频谱效率的最大化。

1、引言

现有的蜂窝移动通信系统（如3G系统）提供的数据速率在小区中心和小区边缘有很大的差异，不仅影响了整个系统的容量，而且使用户在不同的位置得到的服务质量有很大的波动。因此，目前正在研发的新一代宽带无线通信系统，如3GPPLTE、IEEE802.20、B3G等，都不约而同地将提高小区边缘性能作为主要的指标之一。

本文首先对目前正在研究的几种提高小区边缘性能的典型技术进行介绍。在此基础上，将对小区干扰消除技术带来的OFDM系统设计问题进行研究，并提出可行的解决方案。最后，将提出一种新的基于小区干扰消除和干扰协调的混合方法。

2、小区间干扰问题

小区间干扰（inter-cellinterference，ICI）是蜂窝移动通信系统的一个固有问题，传统的解决办法是采用频率复用，复用系数只有特定的几个选择，如1、3、7等。复用系数为1即表示相邻小区都使用相同的频率资源，这时在小区边缘干扰很严重。较高的复用系数（3或7）可以有效地抑制ICI，但频谱效率将降低到1/3或1/7。

未来的宽带移动通信系统对频谱效率的要求很高，因此希望频谱复用系数尽可能地接近1。OFDM技术比CDMA技术更好地解决了小区间干扰的问题。但是作为代价，OFDM系统带来的ICI问题可能比CDMA系统更加严重。如果两个相邻小区在它们的结合部使用相同的频谱资源，则会产生较强的ICI。

3、小区间干扰抑制技术

目前正在研究的用于OFDM系统的ICI抑制技术包括干扰随机化、干扰协调、干扰消除和宏分集等。

干扰随机化不能降低干扰的能量，但能将干扰随机化为"白噪声"，从而抑制ICI的危害，因此又称为"干扰白化"。干扰随机化的方法包括：加扰、交织多址（IDMA）和跳频等。

干扰协调又称为"软频率复用"或"部分频率复用"，IEEE802.20MBFDD／MBTDD就采用了这种技术，LTE也正在考虑这种方法。这种方法将频率资源分为若干个复用集，小区中心的用户可以采用较低的功率发射和接收，即使占用相同的频率也不会造成较强的ICI，因此被分配在复用系数为1的复用集；小区边缘的用户需要采用较高的功率发送和接收，有可能造成较强的ICI，因此被分配在频率复用系数为N的复用集。这种技术的缺陷是小区边缘的频率资源受到限制，难以支持大量用户和很高的数据速率。

ICI消除技术来源于多用户检测技术，可以将干扰小区的信号解调、解码，然后将来自该小区的ICI复制、减去。基于IDMA的ICI消除技术，是指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，就可以将目标信号和干扰信号分别解出，然后进行ICI消除。这种技术和迭代接收机技术相结合，可以获得显著的性能增益。ICI消除与ICI协调相比优势在于，对小区边缘的频率资源没有限制，可以实现小区边缘频谱效率为1和总频谱效率为1。

宏分集技术的基础是软切换，可以将多个小区发射／接收的信号进行合并，从而获得分集增益，改进链路的质量。但在下行采用宏分集技术会带来难以解决的"同步问题"，因此不适用于单播业务。上行运用宏分集技术没有"同步问题"，但却需要一个"中心节点"（如UMTS系统中的RNC）来对多个基站的接收信号进行合并，和未来无线移动通信网络"扁平化"、"分散化"的趋势背道而驰。

其他的技术，例如MIMO、智能天线、部分功控等，也可以用于ICI抑制。

4、小区间干扰消除技术的系统设计

ICI消除技术可以显著改善小区边缘的系统性能，但同时也将对OFDM系统的设计，如资源块分配、信道估计、同步、信令带来额外的问题。本节将主要以下行OFDM系统为例，研究ICI消除技术的系统设计问题。

4.1资源块分配

为了能有效地解调、解码干扰小区的信号，要求在每个干扰消除的周期内，干扰小区和被干扰小区在重叠的频谱上发送给各自终端的信号必须包含且仅包含一个完整的信道编码块。

图1包括了3种资源块分配的情况。第1种情况下，干扰小区中的一个编码块和被干扰小区的一个编码块正好重叠，如图1（a）所示，此时ICI干扰消除可以采用简单的"双用户检测"法。在第2种情况下，被干扰小区中的一个编码块和干扰小区的2个编码块重叠，如图1（b）所示，此时虽然仍可以进行ICI干扰消除，但必须要采用相对复杂的"3用户检测"法。在第3种