无线通信系统小区间干扰控制技术

 1 干扰控制技术概况

小区间干扰[1]是蜂窝移动通信系统的一个固有问题，严重影响了系统性能，其形成原因是各个小区中使用相同频率资源的用户会相互干扰。图1(a)为上行链路的小区间干扰情况，基站(BS1)和BS2分别为移动终端(MS1)和MS2的服务基站，假设BS1分配给MS1用于上行传输的子载波集合为SC1，BS2分配给MS2用于上行传输的子载波集合为SC2，SC1和SC2的交集为SC。如果SC不是空集，则BS2在接收到MS2发送的上行信号时，在集合SC内的子载波将会同时收到MS1发送的无线信号。对于MS2和BS2来说，这些来自MS1的信号就是干扰。图1(b)为下行链路，也会遇到和上行链路类似的干扰问题。如果小区间干扰严重，将会直接影响到系统的覆盖能力及系统容量，特别是小区边缘用户，将会直接导致他们出现频繁掉网或者无法接入网络的情况。

降低小区间干扰是蜂窝系统设计的一个重要目标，从现有的研究成果和各种标准化组织的研究项目，如3GPP的长期演进(LTE)、IEEE的802.16 m、3GPP2的增强型移动宽带(UMB)中对小区间干扰控制的处理方式来看，小区间干扰控制的技术包括3类。

·  干扰随机化技术

干扰随机化是一种常用的技术，通过将相邻小区干扰白化的方法降低小区间干扰。其主要优点在于：不会影响接收端调度和接收处理的复杂度，但当系统满载时，干扰随机化技术对系统性能的提升有限。干扰随机化的代表技术为基于基站的扰码和各种跳频技术。

·  干扰协调技术

干扰协调技术主要是在多个小区内对空间、时间和频域的信道资源及其功率进行有效协调，从而降低相邻小区间的干扰。其主要技术包括了部分频率重用 (FFR)、多基站多输入输出(MIMO)以及功率控制技术等。

·  干扰抵消技术

干扰抵消技术是将干扰小区的信号解码、复制，然后在接收到的信号中减去来自该小区的干扰信号。干扰抵消技术的优势在于：对小区频率资源的使用没有限制；但其局限是在于：目标小区还必须知道干扰小区的导频结构，以便对干扰源进行信道估计。因此，干扰抵消技术的信令开销和实现复杂度都比较高。

由此可知，干扰随机化技术对于小区间干扰抑制的增益有限，干扰抵消技术的开销和实现复杂度较高，所以小区间干扰抑制的实现方法主要是干扰协调技术。下文将具体介绍几种典型的干扰协调技术在标准化组织中的实现方式。

2 干扰协调技术

2.1 FFR

FFR[2]技术主要通过对各小区上下行信道使用的时频域资源及其功率配置做出一定的限制来达到抑制小区间干扰的目的。

2.1.1 总体策略

FFR通常将频率资源分为若干个频率复用集，小区中心区域的用户可以采用较低的功率发射和接收，相邻小区的中心区域用户即使占用相同的频率也不会造成较强的小区间干扰，因此小区中心区域用户被分配在复用因子为1的频率复用集；而小区边缘区域的用户需要采用较高的功率发送和接收信号，有可能造成较强的小区间干扰，因此小区边缘区域用户被分配在频率复用因子为N 的频率复用集，以减小相邻小区边缘区域使用的资源在时间和频率上的冲突，降低干扰数量级，提高信号的接收信噪比，从而提高系统小区边缘甚至整个系统的服务质量。

FFR技术可以分为静态FFR、半静态FFR和动态FFR。静态FFR主要是在小区规划时确定，资源协调周期一般是以月或天为单位，实现简单，但对实际环境的适应性较差，系统整体效率不高；动态FFR资源协调周期是以秒为单位，需要大量的测量信息上报，并且需要在多个小区间频繁进行实时通信，系统信令开销很大，所以在实际系统中采用率低；半静态FFR是介于静态FFR和动态FFR之间，既能较好地反映实际环境的变化又不显著增加系统开销。目前各种标准化组织中的FFR算法都是基于静态FFR和半静态FFR来设计的。

2.1.2 标准化方案

(1) 802.16m标准方案

图2所示为IEEE 802.16m标准中的下行FFR方案[3-4]。该方法将整个频率资源划分为4个频率分区。其中，频率分区0的频率重用因子为1，频率分区1、频率分区2和频率分区3的频率重用因子为3，并且每个频率分区都配置了不同的发射功率级别。存在一种简单的基站主导的FFR实现方法，例如，对于扇区1而言，频率分区1的子载波的发射功率很高，相邻扇区2和相邻扇区3在频率分区1的子载波的发射功率相应偏低，这样对于扇区1中分配了频率分区1资源的终端来说，受到的小区间同频干扰的强度就会降低，所以这部分资源适用于边缘用户使用；频率分区0、频率分区2和频率分区3的子载波的发射功率相对较低，并且受到的相邻扇区2和相邻扇区3的小区间干扰强度较大，不适合边缘用户使用，并且考虑到