干扰控制技术在LTE家庭基站中的应用.docx

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干扰控制技术在LTE家庭基站中的应用

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叶璇北京邮电大学信息与通信工程学院硕士研究生

张欣北京邮电大学信息与通信工程学院副教授

曹亘北京邮电大学信息与通信工程学院博士研究生

杨大成北京邮电大学信息与通信工程学院教授

摘要：家庭基站是近年新兴的室内覆盖技术，能以较低的功率为用户提供高速率高带宽的服务，是新一代移动网络与固定网络的一种融合方式。文章主要针对家庭基站和现有宏蜂窝基站组成的异构网络的几种典型干扰场景，从上、下行功率控制和无线资源干扰协调三方面，对家庭基站干扰管理的基本原理进行了说明，并介绍了基于干扰抑制的上、下行功率控制和干扰协调等典型的干扰管理技术。

关键词：家庭基站，室内覆盖，干扰管理，功率控制，干扰协调

1家庭基站概述

家庭基站(Femtocell，HeNB)是一种由用户购买并安装在室内的小型低功率蜂窝基站，是提高室内语音和数据业务服务质量的有效手段。如图l所示，用户可以通过数字用户线路(DSL)或光纤宽带等，把家庭基站连接到电信运营商的网络。家庭基站发射功率较小，覆盖范围为10-50m，主要用来服务室内低速移动用户。家庭基站工作在运营商被授权使用的频带上，移动终端不需要升级到双模，节省了费用；而同样作为在办公室和家庭等环境中使用的短距离无线技术，Wi-Fi工作在2.4GHz的ISM频段，需要配置昂贵的双模手机终端才能有效工作：家庭基站的引入不仅可以带来系统容量的提升和更好的覆盖，而且可以将家庭有线宽带业务和移动电话业务进行有效融合，有利于节约电信运营商的网络优化费用，因此，电信企业和电信运营商都热衷于家庭基站技术的研究和开发。

1.1系统拓扑

图2为家庭基站的系统拓扑结构。家庭基站部署在已有的宏蜂窝系统中，形成异构小区网络结构。由于家庭基站是由用户自行购买并安装在室内的，所以每个宏蜂窝中家庭基站的个数难以确定。每个房间内家庭基站和用户终端的连接如图2所示。

1.2频率资源分配

LTE系统下行采用正交频分多址接入(OFD-MA)，上行采用单载波FDMA(SC_FDMA)。LTE系统将所有可用频带划分成若干窄带子载波，每个子载波的带宽为15kHz，所有子载波并行传输。资源块(RB)是LTE系统最小的资源分配单位，定义为频域上12个连续的子载波，时域上一个时隙(slot，0.5ITIS)。LTE系统使用OFDM技术，由于子载波间的正交性，相同扇区内占用不同资源块的用户间将不存在干扰，干扰仅存在于不同扇区内占用相同资源块的用户之间。在LTE家庭基站系统中，家庭基站和宏基站的频率资源分配有以下三种方法。

方法一：两者使用相同的频带，即共信道配置。虽然两者都能使用更多的频率资源，但是两者之间会存在较大的干扰。

方法二：两者分别使用独立的正交的频带，即独立信道配置。这样虽然减小了两者之间的干扰，但是同时也降低了系统的频谱效率。

方法三：两者共用部分频带，即部分共信道配置。该方法结合了上述两种资源分配方案的优点，它综合考虑了影响系统吞吐量的两个因素——频谱效率和共信道干扰，因此能获得较好的系统性能。该方案是目前业界广泛关注的频率资源分配方案。

2干扰场景

2.1干扰场景描述

3GPP定义了家庭基站和现有宏蜂窝基站组成的异构网络的六个典型干扰场景，如图3所示，图中，用实线表示有用信号，用虚线表示干扰信号。

表1对上图中家庭基站的六个干扰场景进行了说明，其中，场景1-4为家庭基站和宏基站之间的干扰场景，场景5-6为家庭基站和家庭基站之间的干扰场景。采用一定的干扰管理方法能有效提高家庭基站和宏蜂窝的系统性能。

2.2干扰场景分析

上文已经对家庭基站和宏基站组成的异构网络中的频带分配方式进行了说明，不同频带分配方式下，无线通信系统模型中存在的主要干扰也不同。

当家庭基站和宏基站采用独立信道配置时，两者邻信道配置条件下两个网络间的干扰最大，此时共存系统的干扰可以用邻道干扰比(ACIR:AdjacentChannelInterferenceRatio)来衡量。由于ACIR较大，所以家庭基站和宏基站之间的邻信道干扰较小，此时系统中存在的主要干扰场景为家庭基站之间的干扰。

当家庭基站和宏基站采用共信道或者部分共信道配置时，系统中存在的主要干扰场景为家庭基站之间的干扰以及家庭基站和宏基站之间的干扰。下文主要研究该信道配置模式下不同干扰控制技术在各干扰场景下的应用。

3家庭基站干扰管理的基本原理

目前，3GPPRAN4工作组集中讨论了FDD和TDD家庭基站的干扰管理方案，主要分为两大类：功率控制技术和干扰协调技术。由于3CPP标准中已经定义了宏蜂窝的功率控制技术，即宏蜂窝上行采用FPC(FractionalPowerControl)，下行不