1、同频组网5.4 频率组网方案5.4.1 同频组网同频组网指的是 LTE 系统网覆盖的所有小区都使用相同的频点，根据场景的不同，边缘小区的的速率受影响不同，可以根据实际情况，对边缘小区使用不同的频率复用方式来达到组网要求。在频谱资源稀缺的今天,同频组网对 TD-LTE 未来的规模商用具有至关重要的作用,是提升频谱效率的关键。由于同频组网方式在以往的网络建设中还没有得到充分的验证，因此，接下来主要先来检验同频组网的可行性，然后在根据实际情况建设不同方式的同频组网来满足用户的需求。因为 TD-LTE 采用 OFDM 技术,这就意味着,因各子载波相互正交 ,TD-LTE的小区内干扰不是 TD-LTE
2、系统中干扰的主要因素,TD-LTE 系统中干扰的主要源于小区间的干扰。系统内干扰分析TD-LTE 系统内部干扰可从链路级、网络级两个层面来讨论。链路级干扰主要是由于物理资源的正交性损失而导致的干扰,可采用专门的干扰消除手段予以消除,具体各种干扰消除技术的应用以及性能会影响到物理层解调性能。网络级干扰是组网应用中,在不同的网络场景下引起的系统干扰,需要采用调度、功控、ICIC 等策略来进行小区间的干扰控制和协调。1)链路级干扰a. 子载波间干扰OFDM 系统在移动衰落信道中,多普勒频移会导致子载波间正交性的损失,造成子载波干扰。研究表明子载波间隔在 11kHz 以上,多普勒频移对于吞吐量的影响就
3、是轻微的,因此 OFDM 选用 15kHz 的载波间隔,基本能够规避掉子载波间干扰的影响。b. OFDM 符号间干扰时域上,由于信号的多径传播混叠,会造成符号间串扰。OFDM 系统主要采用在时域传输符号前插入 CP 的方式来抵抗符号间的串扰。c. 小区内的序列间干扰以及物理信道间的干扰主要是指同一小区内物理信道之间的干扰,例如 PRACH 对 PRACH 的干扰。d. 相位噪声LTE 系统采用了 16QAM、64QAM 等高阶调制技术来提升吞吐量 ,收发信机的非线性、晶振误差会带来载波相位噪声,无线信道传输中的多普勒频移会导致载频偏差所引起相位噪声,相位噪声是传输的复信号相位发生偏移,引起高阶
4、调制信号解调不准确。e. 多天线技术应用中产生的干扰LTE 在双流配置下,用户的 Rank 反馈、CQI 反馈不准确等情况都会带来双流之间干扰的增加,直接导致双流符号自干扰。2)网络干扰a.同频干扰(邻小区同频干扰 )与子载波干扰为小区内的干扰不同,同频干扰为小区间的干扰。OFDM 系统邻小区与本小区同频的那些 RB 将会对本小区信号产生严重的小区间干扰,系统流量、系统边缘覆盖都会受到严重的影响。 b.频间干扰由于多普勒频移、多径干扰等引起的不同子载波之间正交性的损失,会带来频间干扰。频间干扰的程度和系统带宽、RB 上的负荷等因素有关。c.小区间的序列间干扰以及物理信道间的干扰主要是指不同小区
5、内物理信道之间的干扰,这些物理信道属于相邻的小区,当它们采用相同的频率和时间资源时,彼此之间就会产生干扰。包括小区间的PRACH 干扰、PSS 干扰、SSS 干扰、PBCH 干扰、 PDCCH 干扰、PHICH 干扰、PCFICH 干扰等。d.交叉时隙干扰TD-LTE 系统当不同的配置出现在邻近的小区时,下行子帧发送信号将会干扰上行小区接收信号。此外,远端小区的 DwPTS 也有可能对 UpPTS 产生干扰。e.室内外互干扰这是小区间的干扰的一种特殊场景,相互干扰的两个小区分别属于室外和室内,较强的室外信号有可能会对室内信号造成干扰。因此室内外的频点分配、室内外的干扰隔离度要求都需要进行研究,
6、以解决实际系统中室内外互相干扰的问题。因此,TD-LTE 系统内干扰主要是链路级干扰和网络级干扰,可分别从译码、解调、ICIC、调度、功控、跳频等多层面的算法相结合加以克服。业务信道同频组网关键技术业务信道同频组网技术有功控技术、调度、ICIC 技术等。通过功率控制,可减少干扰 RB 的发射功率,从而可降低小区间的干扰;采用调度技术,可以尽量优先采用干扰低的 RB 资源,避免采用干扰高的 RB 资源,从而尽量避免小区间的干扰;ICIC 则以小区间协调的方式对各小区中无线资源的使用进行限制 ,从而限制小区间干扰。1)功控技术a. 下行功率控制由于 PDSCH 采用了 AMC 的链路自适应技术,可
7、以通过改变调制和编码方式来适应信道的变化,同时还可以通过功率来调整,功率的调整是被动的。当调度结束时,系统有剩余功率,结合系统中调度 UE 的 BLER 性能,对 UE 的发送功率进行调整。功控的实施过程如下:对于每个 UE,PDSCH 与 RS 的 EPRE 之比对于所有不包含 RS 的 OFDM 符号的 PDSCH REs 是相等的,且由表示。UE 假设对于 16 QAM、64 QAM 或 RI1 空间复用的 等于 ,是由上层设定的半静态 UE specific 参数,取值范围3, 2, 1, 0, -1, -2, -3, -6dB,用 3bit 表示。对于每个 UE,PDSCH 与 RS
8、 的 EPRE 之比对于所有包含 RS 的 OFDM 符号的 PDSCH REs 是相等的,且由下行发送功率可以通过调整和完成对业务信道功率的调整。b. 上行功率控制eNB 根据自身掌握的上行链路信道质量特征和系统复杂情况,通过协议规定的上行功率控制接口向 UE 发送功率控制参数。UE 收到 eNB 发来的功率控制参数,将其代入协议规定的功率控制公式中即可得到本次上行信息的发射功率。上行业务信道 PUSCH 和控制信道 PUCCH 使用功率控制,如下所示:2)调度技术a. 动态调度LTE 系统在调度中会综合考虑用户的接入业务类型、CQI、基本资源(功率、系统的 RB 资源、天线个数)、系统负荷
9、等多种因素,充分利用资源来得到更大的系统吞吐量以及更好的用户 QoS 感受。基本的调度算法有 MAXCI 算法、PF 算法、RR 算法 ,在此之上增加专用的算法来保证用户 QoS 要求。一个好的调度算法要求在保证用户 QoS 要求的同时获得最大化的系统容量,因此要在系统与用户之间进行折中,要兼顾系统的吞吐量与用户的 QoS 要求,最大限度地提高系统的性能。LTE 系统带宽从 1.4MHz 到 20MHz,大于典型应用场景的信道相关带宽,因此可以利用无线信道衰落特性进行时频二维调度,在保证用户 QoS 的同时,最大化系统容量。如图 1 所示,整个频段被划分成大小相等的资源块,在每一个子帧的开始,
10、根据特定的调度算法将这些资源块分配给不同的用户。资源调度的同时,需要考虑相邻小区间的干扰问题。b. 时频二维资源调度动态调度可以与 ICIC 算法结合在一起来实现,例如,将小区中处于不同地理位置的用户划分到不同时隙进行调度,调度距离小区中心近的用户时可以占用大部分或全部子载波,调度距离小区中心远的用户时只占用部分子载波,小区边缘用户类似频分复用,降低同频干扰。在实际实现中,下行调度采用了“宽带调度子带分配”的调度方式。对于新传,可配置宽带调度子带分配的方式,也可以配置成宽带调度宽带分配的方式;子带分配时,RB 数、调制方式、编码速率可以变也可不变,由 MAC 调度自行决定;对于重传则使用“宽带
11、分配” 。这种调度方式充分利用频率资源和空间资源(发射层数与 UE 上报的秩相关),并且调度算法支持配置为半持续调度方式。c. 半持续调度Semi-persistence Scheduling(SPS)是指为特定业务设计的、需要激活/ 释放资源的、在固定时刻使用预先分配资源而在其他时刻进行动态调度(重传)的一种调度方法。3) ICIC 技术ICIC(Inter Cell Interference Coordination)即小区间干扰协调,基本思想是通过管理无线资源使得小区间干扰得到控制,是一种考虑多个小区中资源使用和负载等情况而进行的多小区无线资源管理方案。具体而言,ICIC 以小区间协调的
12、方式对各个小区中无线资源的使用进行限制,包括限制时频资源的使用或者在一定的时频资源上限制其发射功率等。根据中国移动的定义,ICIC 从资源协调方式上可分为:部分频率复用(Fractional Frequency Reuse, FFR)、软频率复用(Soft Frequency Reuse, SFR)和全频率复用(Full Frequency Reuse)。从资源协调周期上可将 ICIC 分为: 静态 ICIC、半静态 ICIC 和动态 ICIC。由于 ICIC 本身涉及到的各类具体方案比较复杂,具体的使用需要结合一定的调度算法考虑(最大均值吞吐量、最大边缘吞吐量等),在避免同频干扰的同时最大限
13、度的提高频率利用率。理论分析表明,采用功控技术、调度技术、ICIC 技术,TD-LTE 可以有效降低小区间的干扰,满足同频组网的要求,提高系统的频谱效率。以上这些技术的抗干扰性能和 TD-LTE 同频组网性能还需要进一步深入研究和仿真验证。控制信道同频组网解决方案本节将从控制信道的干扰情况进行分析,通过仿真,得出同频组网情况下,各控制信道的覆盖概率,从而判断可否同频组网。1)控制信道干扰分析同频组网主要考虑的问题是干扰问题:控制信道同频组网是否会由于干扰导致信令覆盖能力差、信令信息的接收误帧率高;TD-LTE 系统的控制信道主要考虑参考信号、同步信道、广播信道、控制信道设计是否足以支持同频组网
14、。下行控制信道之间的相互可能干扰如表 1 所示:不同控制信道的调制方式以及等效码率不同,因此所需的解调 SINR 不同,而且SINR 越低,对应物理信道的抗干扰能力则越强,下行控制信道的抗干扰能力排序为 PBCHPHICHPCFICHPDCCH。2)控制信道仿真1)PBCH/PCFICH/PHICH 仿真如表 2 所示，站间距（ISD）为 500m 和 1732m 条件下：TD-LTE 的PDCCH/PBCH/PCFICH/PHICH 信道的覆盖均可达到 95%以上。3)PDCCH 仿真下行 PDCCH 课采用单天线端口或多天线端口 SFBC 发射分集模式，调制方式为 QPSK，采用 16-b
15、it CRC 校验,咬尾卷积编码，速率匹配等处理，等效码率与有效载荷和 CCE（Control Channel Element）数目有关，PDCCH 的覆盖率仿真结果如表 3 所示：4)PUCCH 仿真PUCCH 采用单天线发射,只占 1 个 RB,区分不同的格式。ISD 为 500m 时,PUCCH 信道的覆盖达到 90%以上。通过改善功控算法,PUCCH 的覆盖预计可以得到进一步提高。PUCCH 的覆盖率 (ISD=500m)如表 4 所示:以上各控制信道仿真结果表明,上下控制信道在同频组网时候,覆盖概率可达90%甚至更高,因此,可以满足同频组网的需求。 小结以上论述首先分析了 TD-LTE 系统内的链路级干扰和网络干扰,从而明确抗干扰研究的方向。然后分别针对业务信道和控制信道同频组网进行分析,初步得出抗干扰的关键技术和解决方案。业务信道同频组网主要采用功控技术、调度技术和 ICIC 技术,通过这些技术的应用,可以有效抑制业务信道的干扰,满足同频组网的要求。对于控制信道同频组网方案,首先分析控制信道的干扰情况,然后对控制信道同频组网进行仿真,从仿真结果来看,上下控制信道在同频组网时候,覆盖概率可达 90%以上,因此,可以满足同频组网的需求。
