同頻組網(wǎng)詳解

1、.同頻組網(wǎng)5.4 頻率組網(wǎng)方案5.4.1 同頻組網(wǎng)同頻組網(wǎng)指的是 LTE 系統(tǒng)網(wǎng)覆蓋的所有小區(qū)都使用相同的頻點(diǎn)，根據(jù)場(chǎng)景的不同，邊緣小區(qū)的的速率受影響不同， 可以根據(jù)實(shí)際情況， 對(duì)邊緣小區(qū)使用不同的頻率復(fù)用方式來達(dá)到組網(wǎng)要求。 在頻譜資源稀缺的今天 ,同頻組網(wǎng)對(duì) TD-LTE 未來的規(guī)模商用具有至關(guān)重要的作用 ,是提升頻譜效率的關(guān)鍵。由于同頻組網(wǎng)方式在以往的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中還沒有得到充分的驗(yàn)證， 因此，接下來主要先來檢驗(yàn)同頻組網(wǎng)的可行性，然后在根據(jù)實(shí)際情況建設(shè)不同方式的同頻組網(wǎng)來滿足用戶的需求。因?yàn)?TD-LTE 采用 OFDM 技術(shù) ,這就意味著 ,因各子載波相互正交 ,TD-LTE 的小區(qū)內(nèi)干擾

2、不是 TD-LTE 系統(tǒng)中干擾的主要因素 ,TD-LTE 系統(tǒng)中干擾的主要源于小區(qū)間的干擾。系統(tǒng)內(nèi)干擾分析TD-LTE 系統(tǒng)內(nèi)部干擾可從鏈路級(jí)、網(wǎng)絡(luò)級(jí)兩個(gè)層面來討論。鏈路級(jí)干擾主要是由于物理資源的正交性損失而導(dǎo)致的干擾,可采用專門的干擾消除手段予以消除 ,具體各種干擾消除技術(shù)的應(yīng)用以及性能會(huì)影響到物理層解調(diào)性能。網(wǎng)絡(luò)級(jí)干擾是組網(wǎng)應(yīng)用中 ,在不同的網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景下引起的系統(tǒng)干擾,需要采用調(diào)度、功控、ICIC 等策略來進(jìn)行小區(qū)間的干擾控制和協(xié)調(diào)。1) 鏈路級(jí)干擾a. 子載波間干擾OFDM 系統(tǒng)在移動(dòng)衰落信道中 ,多普勒頻移會(huì)導(dǎo)致子載波間正交性的損失 ,造成子載波干擾。研究表明子載波間隔在 11kHz 以

3、上 ,多普勒頻移對(duì)于吞吐量的影響就是輕微的 ,因此 OFDM 選用 15kHz 的載波間隔 ,基本能夠規(guī)避掉子載波間干擾的影響。b. OFDM 符號(hào)間干擾時(shí)域上 ,由于信號(hào)的多徑傳播混疊 ,會(huì)造成符號(hào)間串?dāng)_。 OFDM 系統(tǒng)主要采用在時(shí)域傳輸符號(hào)前插入 CP 的方式來抵抗符號(hào)間的串?dāng)_。c. 小區(qū)內(nèi)的序列間干擾以及物理信道間的干擾主要是指同一小區(qū)內(nèi)物理信道之間的干擾,例如 PRACH 對(duì) PRACH 的干擾。d. 相位噪聲LTE 系統(tǒng)采用了 16QAM 、64QAM 等高階調(diào)制技術(shù)來提升吞吐量 ,收發(fā)信機(jī)的非線性、晶振誤差會(huì)帶來載波相位噪聲 ,無線信道傳輸中的多普勒頻移會(huì)導(dǎo)致;.載頻偏差所引起相

4、位噪聲 ,相位噪聲是傳輸?shù)膹?fù)信號(hào)相位發(fā)生偏移 ,引起高階調(diào)制信號(hào)解調(diào)不準(zhǔn)確。e. 多天線技術(shù)應(yīng)用中產(chǎn)生的干擾LTE 在雙流配置下 ,用戶的 Rank 反饋、CQI 反饋不準(zhǔn)確等情況都會(huì)帶來雙流之間干擾的增加 ,直接導(dǎo)致雙流符號(hào)自干擾。2)網(wǎng)絡(luò)干擾a.同頻干擾 (鄰小區(qū)同頻干擾 )與子載波干擾為小區(qū)內(nèi)的干擾不同 ,同頻干擾為小區(qū)間的干擾。 OFDM 系統(tǒng)鄰小區(qū)與本小區(qū)同頻的那些 RB 將會(huì)對(duì)本小區(qū)信號(hào)產(chǎn)生嚴(yán)重的小區(qū)間干擾 ,系統(tǒng)流量、系統(tǒng)邊緣覆蓋都會(huì)受到嚴(yán)重的影響。b.頻間干擾由于多普勒頻移、多徑干擾等引起的不同子載波之間正交性的損失 ,會(huì)帶來頻間干擾。頻間干擾的程度和系統(tǒng)帶寬、 RB 上的負(fù)荷

5、等因素有關(guān)。c.小區(qū)間的序列間干擾以及物理信道間的干擾主要是指不同小區(qū)內(nèi)物理信道之間的干擾,這些物理信道屬于相鄰的小區(qū),當(dāng)它們采用相同的頻率和時(shí)間資源時(shí) , 彼此之間就會(huì)產(chǎn)生干擾。包括小區(qū)間的 PRACH 干擾、 PSS干擾、 SSS干擾、 PBCH 干擾、 PDCCH 干擾、 PHICH 干擾、 PCFICH 干擾等。d.交叉時(shí)隙干擾TD-LTE 系統(tǒng)當(dāng)不同的配置出現(xiàn)在鄰近的小區(qū)時(shí),下行子幀發(fā)送信號(hào)將會(huì)干擾上行小區(qū)接收信號(hào)。此外 ,遠(yuǎn)端小區(qū)的 DwPTS 也有可能對(duì) UpPTS 產(chǎn)生干擾。e.室內(nèi)外互干擾這是小區(qū)間的干擾的一種特殊場(chǎng)景,相互干擾的兩個(gè)小區(qū)分別屬于室外和室內(nèi) ,較強(qiáng)的室外信號(hào)有

6、可能會(huì)對(duì)室內(nèi)信號(hào)造成干擾。因此室內(nèi)外的頻點(diǎn)分配、室內(nèi)外的干擾隔離度要求都需要進(jìn)行研究 ,以解決實(shí)際系統(tǒng)中室內(nèi)外互相干擾的問題。因此 ,TD-LTE 系統(tǒng)內(nèi)干擾主要是鏈路級(jí)干擾和網(wǎng)絡(luò)級(jí)干擾 ,可分別從譯碼、解調(diào)、 ICIC 、調(diào)度、功控、跳頻等多層面的算法相結(jié)合加以克服。業(yè)務(wù)信道同頻組網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)業(yè)務(wù)信道同頻組網(wǎng)技術(shù)有功控技術(shù)、調(diào)度、 ICIC 技術(shù)等。通過功率控制 ,可減少干擾 RB 的發(fā)射功率 ,從而可降低小區(qū)間的干擾 ;采用調(diào)度技術(shù) ,可以盡量?jī)?yōu)先采用干擾低的RB 資源 ,避免采用干擾高的RB 資源 ,從而盡量避免小區(qū)間的干擾 ;ICIC 則以小區(qū)間協(xié)調(diào)的方式對(duì)各小區(qū)中無線資源的使用進(jìn)行限制

7、 ,從而限制小區(qū)間干擾。;.1)功控技術(shù)a. 下行功率控制由于 PDSCH 采用了 AMC 的鏈路自適應(yīng)技術(shù) ,可以通過改變調(diào)制和編碼方式來適應(yīng)信道的變化 ,同時(shí)還可以通過功率來調(diào)整 ,功率的調(diào)整是被動(dòng)的。當(dāng)調(diào)度結(jié)束時(shí) ,系統(tǒng)有剩余功率 ,結(jié)合系統(tǒng)中調(diào)度 UE 的 BLER 性能 ,對(duì) UE 的發(fā)送功率進(jìn)行調(diào)整。功控的實(shí)施過程如下 :對(duì)于每個(gè) UE,PDSCH 與 RS 的 EPRE 之比對(duì)于所有不包含RS的 OFDM 符號(hào)的 PDSCH REs 是相等的 ,且由表示。UE 假設(shè)對(duì)于 16 QAM 、 64 QAM 或 RI1 空間復(fù)用的 等于 ,是由上層設(shè)定的半靜態(tài) UE specific

8、參數(shù) ,取值范圍 3, 2, 1, 0, -1, -2, -3, -6dB,用 3bit 表示。對(duì)于每個(gè) UE,PDSCH 與 RS 的 EPRE 之比對(duì)于所有包含 RS 的 OFDM 符號(hào)的 PDSCH REs是相等的 ,且由下行發(fā)送功率可以通過調(diào)整和完成對(duì)業(yè)務(wù)信道功率的調(diào)整。b. 上行功率控制eNB 根據(jù)自身掌握的上行鏈路信道質(zhì)量特征和系統(tǒng)復(fù)雜情況 ,通過協(xié)議規(guī)定的上行功率控制接口向 UE 發(fā)送功率控制參數(shù)。 UE 收到 eNB 發(fā)來的功率控制參數(shù) ,將其代入?yún)f(xié)議規(guī)定的功率控制公式中即可得到本次上行信息的發(fā)射功率。上行業(yè)務(wù)信道 PUSCH 和控制信道 PUCCH 使用功率控制 ,如下所示

9、:2)調(diào)度技術(shù)a. 動(dòng)態(tài)調(diào)度LTE 系統(tǒng)在調(diào)度中會(huì)綜合考慮用戶的接入業(yè)務(wù)類型、CQI、基本資源 (功率、系統(tǒng)的 RB 資源、天線個(gè)數(shù) )、系統(tǒng)負(fù)荷等多種因素,充分利用資源來得到更大的系統(tǒng)吞吐量以及更好的用戶 QoS 感受。基本的調(diào)度算法有 MAXCI 算法、 PF 算法、 RR 算法 ,在此之上增加專用的算法來保證用戶 QoS 要求。一個(gè)好的調(diào)度算;.法要求在保證用戶QoS 要求的同時(shí)獲得最大化的系統(tǒng)容量,因此要在系統(tǒng)與用戶之間進(jìn)行折中 ,要兼顧系統(tǒng)的吞吐量與用戶的QoS要求 ,最大限度地提高系統(tǒng)的性能。LTE 系統(tǒng)帶寬從 1.4MHz 到 20MHz,大于典型應(yīng)用場(chǎng)景的信道相關(guān)帶寬 ,因此可

10、以利用無線信道衰落特性進(jìn)行時(shí)頻二維調(diào)度 ,在保證用戶 QoS的同時(shí) ,最大化系統(tǒng)容量。如圖 1 所示 ,整個(gè)頻段被劃分成大小相等的資源塊 ,在每一個(gè)子幀的開始 ,根據(jù)特定的調(diào)度算法將這些資源塊分配給不同的用戶。資源調(diào)度的同時(shí) ,需要考慮相鄰小區(qū)間的干擾問題。b. 時(shí)頻二維資源調(diào)度動(dòng)態(tài)調(diào)度可以與ICIC 算法結(jié)合在一起來實(shí)現(xiàn),例如 ,將小區(qū)中處于不同地理位置的用戶劃分到不同時(shí)隙進(jìn)行調(diào)度,調(diào)度距離小區(qū)中心近的用戶時(shí)可以占用大部分或全部子載波 ,調(diào)度距離小區(qū)中心遠(yuǎn)的用戶時(shí)只占用部分子載波,小區(qū)邊緣用戶類似頻分復(fù)用 ,降低同頻干擾。在實(shí)際實(shí)現(xiàn)中 ,下行調(diào)度采用了“寬帶調(diào)度子帶分配”的調(diào)度方式。對(duì)于新傳

11、 ,可配置寬帶調(diào)度子帶分配的方式,也可以配置成寬帶調(diào)度寬帶分配的方式;子帶分配時(shí) ,RB 數(shù)、調(diào)制方式、編碼速率可以變也可不變,由 MAC 調(diào)度自行決定 ;對(duì)于重傳則使用“寬帶分配” 。這種調(diào)度方式充分利用頻率資源和空間資源(發(fā)射層數(shù)與 UE 上報(bào)的秩相關(guān) ),并且調(diào)度算法支持配置為半持續(xù)調(diào)度方式。c. 半持續(xù)調(diào)度Semi-persistence Scheduling(SPS)是指為特定業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)的、需要激活/釋放資源的、在固定時(shí)刻使用預(yù)先分配資源而在其他時(shí)刻進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)度(重傳 )的一種調(diào)度方法。3) ICIC 技術(shù)ICIC(Inter Cell Interference Coordinatio

12、n) 即小區(qū)間干擾協(xié)調(diào) ,基本思想是通過;.管理無線資源使得小區(qū)間干擾得到控制 ,是一種考慮多個(gè)小區(qū)中資源使用和負(fù)載等情況而進(jìn)行的多小區(qū)無線資源管理方案。具體而言 ,ICIC 以小區(qū)間協(xié)調(diào)的方式對(duì)各個(gè)小區(qū)中無線資源的使用進(jìn)行限制 ,包括限制時(shí)頻資源的使用或者在一定的時(shí)頻資源上限制其發(fā)射功率等。根據(jù)中國(guó)移動(dòng)的定義,ICIC從資源協(xié)調(diào)方式上可分為: 部分頻率復(fù)用(Fractional Frequency Reuse, FFR)、軟頻率復(fù)用 (Soft Frequency Reuse, SFR)和全頻率復(fù)用 (Full Frequency Reuse)。從資源協(xié)調(diào)周期上可將 ICIC 分為 :靜態(tài)

13、ICIC 、半靜態(tài) ICIC 和動(dòng)態(tài) ICIC 。由于 ICIC 本身涉及到的各類具體方案比較復(fù)雜 ,具體的使用需要結(jié)合一定的調(diào)度算法考慮 (最大均值吞吐量、最大邊緣吞吐量等 ),在避免同頻干擾的同時(shí)最大限度的提高頻率利用率。理論分析表明 ,采用功控技術(shù)、調(diào)度技術(shù)、 ICIC 技術(shù) ,TD-LTE 可以有效降低小區(qū)間的干擾 ,滿足同頻組網(wǎng)的要求 ,提高系統(tǒng)的頻譜效率。以上這些技術(shù)的抗干擾性能和 TD-LTE 同頻組網(wǎng)性能還需要進(jìn)一步深入研究和仿真驗(yàn)證?？刂菩诺劳l組網(wǎng)解決方案本節(jié)將從控制信道的干擾情況進(jìn)行分析 ,通過仿真 ,得出同頻組網(wǎng)情況下 ,各控制信道的覆蓋概率 ,從而判斷可否同頻組網(wǎng)。1

14、)控制信道干擾分析同頻組網(wǎng)主要考慮的問題是干擾問題 :控制信道同頻組網(wǎng)是否會(huì)由于干擾導(dǎo)致信令覆蓋能力差、 信令信息的接收誤幀率高 ;TD-LTE 系統(tǒng)的控制信道主要考慮參考信號(hào)、同步信道、廣播信道、控制信道設(shè)計(jì)是否足以支持同頻組網(wǎng)。下行控制信道之間的相互可能干擾如表 1 所示 :不同控制信道的調(diào)制方式以及等效碼率不同,因此所需的解調(diào)SINR 不同 ,而且;.SINR 越低 ,對(duì)應(yīng)物理信道的抗干擾能力則越強(qiáng),下行控制信道的抗干擾能力排序?yàn)?PBCHPHICHPCFICHPDCCH 。2)控制信道仿真1)PBCH/PCFICH/PHICH 仿真如 表 2 所示 ，站 間距 （ ISD ）為 500

15、m 和 1732m 條件 下： TD-LTE 的 PDCCH/PBCH/PCFICH/PHICH 信道的覆蓋均可達(dá)到 95%以上。3)PDCCH 仿真下行 PDCCH 課采用單天線端口或多天線端口 SFBC 發(fā)射分集模式， 調(diào)制方式為 QPSK，采用 16-bit CRC 校驗(yàn) ,咬尾卷積編碼，速率匹配等處理，等效碼率與有效載荷和 CCE（Control Channel Element）數(shù)目有關(guān)， PDCCH 的覆蓋率仿真結(jié)果如表 3 所示：4)PUCCH 仿真PUCCH 采用單天線發(fā)射 ,只占 1 個(gè) RB, 區(qū)分不同的格式。 ISD 為 500m 時(shí) ,PUCCH 信道的覆蓋達(dá)到 90%以上。通過改善功控算法 ,PUCCH 的覆蓋預(yù)計(jì)可;.以得到進(jìn)一步提高。 PUCCH 的覆蓋率(ISD=500m)如表 4 所示 :以上各控制信道仿真結(jié)果表明 ,上下控制信道在同頻組網(wǎng)時(shí)候 ,覆蓋概率可達(dá)90%甚至更高 ,因此 ,可以滿足同頻組網(wǎng)的需求。小結(jié)以上論述首先分析了TD-LTE