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陈伦:几种LTE的ICI消除方法  

2013-01-04 14:07:11|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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独家供稿:移动Labs

    随着蜂窝移动通信系发展,传统的以CDMA需求,同时以OFDM技术为核心的从WLAN、WiMAX、IEEE 802.20、UWB等无线系统的高传输速率和高的频谱利用率引起了业界的关注。但对于未来思路只有两个,“移动宽带化”或者是“宽带移动化”,WiMAX是后者,而为了应对WiMAX的挑战,3GPP也开始了移动通信领域的OFDM-MIMO LTE项目。

   3GPP启动LTE和LTE.Advanced项目的表面原因是应对WiMAX标准的市场竞争,即移动通信技术向更高数据速率发展,HSPA/HSPA+ 的研究即标志了3GPP在坚持蜂窝移动能力的同时,日益重视低速局域场景下的接入能力。这种“移动通信宽带化”趋势,为蜂窝移动通信产业从传统话音业务拓 展到宽带数据业务领域带来了契机,作为核心的抗干扰技术又再次的出现了。
 
    无线网络间干扰一般需要考虑基站与基站之间、基站与直放站间、移动设备间的干扰等,基于CDMA的第三代蜂窝系统是一个SS(扩频)系统,其抗干扰能力很 强,一般来说第二代GSM蜂窝系统无法对其造成任何有效的影响,在实际当中考虑C网对G网的影响更多,小区内部多用户在分配得当的情况下亦不会产生太大的 干扰。
  
    然而目前的4G的基本框架已经确立,虽然分为TDD-LTE/FDD-LTE两种,但其基本的多址方式为基于OFDM的FDMA,但采用OFDM的LTE系统其物理层技术没有小区间干扰抑制的机制:
  
   “OFDM 子载波的正交性基本保证了小区内信道的正交,比CDMA技术更好地解决了小区内干扰的问题。但是作为代价,OFDM系统带来的小区间干扰 (ICI,Inter-Cell Interference)问题比CDMA系统更加严重。与CDMA不同,OFDM-SC.FDMA无法通过扩频方式消除小区间的干扰。为了提高频谱效 率,也不能简单地采用如GSM中复用因子为3或7的频率复用方式,应使复用因子尽量为l。

    在前文提到的频率复用因子接近1的前提下,会造成相邻小区载波的复用,产生较为严重的小区间干扰,影响小区整体吞吐量,频谱利用率和覆盖范围,尤其是两个小区之间的边缘用户产生的干扰尤为突出。”
  
    因此如何有效地消除干扰影响成为目前重要的研究课题。对于干扰,传统的方法有两种:一是把资源正交化分配以消除干扰,如各种时分,频分系统等;二是把干扰当 做噪声来处理,如单用户检测方法等。但是这些手段并非完美,最直观的一点就是会造成小区的系统容量下降,或是带来了新的问题,基本已经不太适用。

    现代来提出的干扰控制技术包括:干扰随机化技术,干扰删除技术和干扰协 调技术能。它们都在某一方面取得效果,但也都存在问题:干扰随机化技术利用干扰的统计特性对干扰进行抑制,误差较大;干扰删除技术可以改善边缘性能,但对 于带宽较小的业务不太实用;传统的干扰协调技术主要包括部分频率复用和软频率复用,但会对小区的吞吐量造成一定下降。   

目前使用的主要技术有  
小区间干扰协调-ICI Coordination

    小区边缘用户专门划定一片资源,以此来减小小区边缘用户的相互干扰,提高信噪比,从而提高吞吐量。上行干扰协调的资源为频率资源,因此上行干扰协调主要包括 两方面,一为协调规划的方案,即“软频率复用"或“部分频率复用”,二为小区间的干扰协调过程,即小区接口信令的设定。

小区间干扰消除-ICI Cancellation

    可以将来自干扰小区的信号解调,然后删除。但是在LTE系统中,各小区没有明显的特征信号来区分用户信号,继而进一步作干扰删除,因此基于IDMA的干扰消 除技术被用于LTE系统,人为的给各个小区加上不同的交织图案来产生不同的特征信号。接收机采用不同的交织图案解交织,通过特定的方法,就可以将目标信号 和干扰信号分别解出来,达到干扰消除的目的。
小区间干扰随机化-ICI Randomization

    干扰随机化是指通过随机化干扰信号来进行干扰抑制的一类技术。小区间干扰随机化并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",主要是加扰,IDMA和跳频,其中跳频应用较为广泛。
功率控制

    功率控制是使CDMA系统稳定工作的核心算法。在HSPA和LTE中,为了达到吞吐量的最大和实现的方便程度,下行采用速率控制,上行采用功率控制,因此功 率控制主要用于上行。在上行链路中,不仅在小区内对用户作功率控制,使用户到达基站NodeB的信号功率达到必要的信噪比SINR,针对不同的用户位置, 采用不同的目标SINR,来保证吞吐量的最大化,还要考虑此用户对邻小区造成的干扰,即在功率控制中需要考虑到邻小区的路损。
 

    以上提出的干扰控制技术包括都在某一方面取得效果,但也都存在问题:干扰随机化技术利代来提出的干扰控制技术包括:干扰随机化技术,干扰删除技术和干扰协 调技术能。它们都在某一方面取得效果,但也都存在问题:干扰随机化技术利用干扰的统计特性对干扰进行抑制,误差较大;干扰删除技术可以改善边缘性能,但对 于带宽较小的业务不太实用;传统的干扰协调技术主要包括部分频率复用和软频率复用,但会对小区的吞吐量造成一定下降。
  
    目前认为比较能有突破的方法是Cadambe和Jafar的对齐干扰(Interference Alignment,IA),这项技术可以广泛的应用于蜂窝网络、多跳中继网络以及协作干扰网络,也可以用于基于MIMO-OFDM的网络的干扰。

    IA的基本思想是用于干扰信道的干扰抑制技术,结合了信源的预编码和信宿的干扰抑制。对于信号而言,在任何一个收端,来自于非期望发端的干扰信号被控制在一定范围内,就是所谓的对齐干扰,然后对干扰信号的子空间进行正交投影,即可完全消除。

    对于小区间的干扰,由于小区间干扰和小区内干扰处于同一个信号子空间,因此可以同时消除而这的影响。
  
    IA技术的一些性能分析由于篇幅限制无法给出,但根据国内外大部分研究者的观点,其特点是适应性好,在时域,频域,空间域都可以实现,是未来无线宽带的候补技术,尤其是MIMO网络这种复杂度比较低的网络跟容易实现,但是需要IA需要发端获知系统的完全信道信息才能计算束波成型向量(收端干扰抑制向量也是如 此),而且在信号空间维度较高的时候未必有闭式解存在,不过Boleskei和Thurkral提出一种仅需有限信道反馈的算法,IA技术在未来还是很有希望的。 
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