郭華 肖榮軍 王宏圖

摘要文章簡(jiǎn)要介紹了LTE異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)?、?yōu)勢(shì)及其潛在問(wèn)題，給出了3種控制域干擾協(xié)調(diào)方案，并通過(guò)比較分析指出LTE中增強(qiáng)的ICIC選擇了以時(shí)域劃分為基礎(chǔ)的干擾協(xié)調(diào)方案。

關(guān)鍵詞TD-LTE異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)Macro-Pico干擾協(xié)調(diào)方案ICIC

1前言

隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的不斷增長(zhǎng)，通過(guò)簡(jiǎn)單的小區(qū)分裂或LTE R8／9中ICIC(Inter-cell InterferenceCoordination)技術(shù)已經(jīng)難以提高數(shù)據(jù)容量和小區(qū)邊緣頻譜效率。在此背景下，同頻共信道的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)逐漸受到關(guān)注。

所謂異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，是指在傳統(tǒng)的Macro eNB覆蓋區(qū)域內(nèi)，再部署若干個(gè)小功率傳輸節(jié)點(diǎn)(可能是Pico eNB和Femto)，它們與傳統(tǒng)分層覆蓋采用不同的頻率不同，這些小功率傳輸節(jié)點(diǎn)與Macro eNB占用相同的頻率甚至載波帶寬。這種網(wǎng)絡(luò)部署為進(jìn)一步提高小區(qū)邊緣UE的吞吐量和頻譜效率提供了可能，但是存在Macro eNB和小功率傳輸節(jié)點(diǎn)間的共信道干擾問(wèn)題。因此，針對(duì)這種網(wǎng)絡(luò)部署的增強(qiáng)的ICIC技術(shù)在LTE中被提出研究。

2LTE異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)

在一些熱點(diǎn)(Hot-Spot)區(qū)域，網(wǎng)絡(luò)部署對(duì)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃要求比較高，這些區(qū)域往往對(duì)數(shù)據(jù)容量和覆蓋的要求也很高。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中通常通過(guò)中繼來(lái)滿(mǎn)足覆蓋的要求。而傳統(tǒng)中繼的簡(jiǎn)單放大轉(zhuǎn)發(fā)功能難以滿(mǎn)足不斷增加的系統(tǒng)吞吐量要求。因此一些非傳統(tǒng)的低功率網(wǎng)絡(luò)傳輸節(jié)點(diǎn)，比如Pico eNB和Femto會(huì)被作為傳統(tǒng)宏覆蓋的一種補(bǔ)充引入到網(wǎng)絡(luò)部署中，LTE中將這種包括不同網(wǎng)絡(luò)傳輸節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)稱(chēng)為異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。

現(xiàn)在LTE中主要研究Macro-Pico和Macro-Femto兩種部署場(chǎng)景，本文僅以Macro-Pico為例，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D1所示：

在傳統(tǒng)同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，UE總是駐留在下行信號(hào)強(qiáng)度最強(qiáng)的小區(qū)，這相同的策略應(yīng)用于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)部署。顯然，在Pico eNB的幫助下，Macro eNB覆蓋區(qū)域的信噪比分布會(huì)比單純Macro eNB覆蓋下的信噪比分布有明顯改善，特別是中高信噪比部分的UE的比例得以提高，從而系統(tǒng)吞吐量獲得提升。但由于Pico eNB的發(fā)送功率相對(duì)較低，如果僅按照最強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度來(lái)選擇小區(qū)，Pico小區(qū)中駐留的用戶(hù)將會(huì)比較少，導(dǎo)致系統(tǒng)吞吐量的提升不是很顯著?；诖?，在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的研究中逐步傾向引入Pico小區(qū)范圍擴(kuò)展(Ranging Expansion)，以此讓更多的UE能夠被Pico eNB服務(wù)。這主要從如下2個(gè)因素考慮：

(1)上行干擾。在Pico eNB功率相對(duì)較低的條件下，UE如果被Pico eNB服務(wù)，意味著Pico eNB相對(duì)較近，Pico eNB至UE的路徑損耗相對(duì)較小，這時(shí)UE的上行發(fā)送功率會(huì)相對(duì)較低，從而可以降低UE間的上行干擾。

(2)eNB頻率復(fù)用。Macro eNB下的多個(gè)PicoeNB之間實(shí)際上是一種小區(qū)分裂，它們之間的頻率復(fù)用系數(shù)為1，隨著Pico eNB的增多，系統(tǒng)容量將可能得到顯著提升。

把更多的UE留在Pico小區(qū)，即采用RE可能有效提高系統(tǒng)吞吐量，但這也意味著即使UE檢測(cè)到Macro小區(qū)信號(hào)強(qiáng)度更強(qiáng)，也仍希望該UE被Pico小區(qū)服務(wù)，這時(shí)Macro小區(qū)對(duì)UE的干擾將會(huì)成為RE實(shí)施的瓶頸。

3干擾協(xié)調(diào)候選方案

3.1方案提出

在LTE R8系統(tǒng)中已經(jīng)引入部分ICIC技術(shù)，這種場(chǎng)景下的瓶頸主要在數(shù)據(jù)域，因此R8 ICIC主要考慮小區(qū)間數(shù)據(jù)域的干擾協(xié)調(diào)問(wèn)題，它通過(guò)X2接口的協(xié)調(diào)，使相鄰各小區(qū)邊緣的UE避免使用相同物理資源塊。但在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，干擾的瓶頸不再是數(shù)據(jù)域，而是轉(zhuǎn)到了控制域，從而在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中對(duì)干擾協(xié)調(diào)方案提出了新的要求。根據(jù)LTE R10標(biāo)準(zhǔn)的討論，3種控制域干擾協(xié)調(diào)方案被提出：

(1)基于載波聚合的干擾協(xié)調(diào)方案。該方案主要基于LTE R10中引入的載波聚合機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)干擾協(xié)調(diào)。載波聚合中引入了跨載波調(diào)度機(jī)制，這樣如果Macro小區(qū)部署2個(gè)載波的系統(tǒng)，Pico小區(qū)同樣部署2個(gè)載波的系統(tǒng)，Macro小區(qū)和Pico小區(qū)的控制區(qū)就可以通過(guò)協(xié)調(diào)使用不同的載波從而避免控制區(qū)的干擾，如圖2左上圖所示。

(2)基于頻率劃分的干擾協(xié)調(diào)方案。在R8／9中控制區(qū)域是跨載波全部帶寬的，但該方案要求控制區(qū)只在載波部分帶寬上發(fā)送。這樣從數(shù)據(jù)域來(lái)看，Macro和Pico統(tǒng)計(jì)復(fù)用整個(gè)載波的頻域資源，而控制區(qū)相互正交，再結(jié)合以R8／9的ICIC機(jī)制，Macro與Pico之間的干擾可以得到有效控制，如圖2右上所示。

(3)基于時(shí)間劃分的干擾協(xié)調(diào)方案。該方案要求Macro與Pico之間相互協(xié)調(diào)，Macro保留部分時(shí)域資源，在這些時(shí)域資源上僅發(fā)送參考信號(hào)或少部分控制信道以避免本小區(qū)的控制信道信息對(duì)Pico小區(qū)發(fā)送的控制信道的干擾，如圖2右下所示。

3.2方案比較

對(duì)于上述3種候選方案，LTE-Advanced中都進(jìn)行了研究和討論。載波聚合在頻率資源比較充分的情況下，無(wú)疑是Macro-Pico間控制信道實(shí)現(xiàn)干擾協(xié)調(diào)的最好方案，且已在R10中引入；它的瓶頸在于載波聚合屬于終端能力范疇，不是所有R10終端都可以支持載波聚合或跨載波調(diào)度的。基于頻率劃分的協(xié)調(diào)方案雖然在后向兼容性上有著最好的表現(xiàn)，但它也要求特定能力的終端，且其在控制信道和帶寬識(shí)別的設(shè)計(jì)上與R8／9有所不同，與載波聚合也有著太多的相似，沒(méi)有得到廣泛的支持。出于帶寬限制、終端能力和后向兼容性考慮，現(xiàn)在LTE中增強(qiáng)的ICIC選擇了以時(shí)域劃分為基礎(chǔ)的干擾協(xié)調(diào)方案。

引入了時(shí)域劃分為基礎(chǔ)的干擾協(xié)調(diào)方案后，R10終端的測(cè)量面臨新的要求，尤其是FDD終端。在R8／9中，由于FDD下行子幀是連續(xù)發(fā)送的，因此終端的RSRP、RSRQ、RLM及CSI的測(cè)量都是基于該假設(shè)定義的；但在引入時(shí)域劃分方案后，并不是所有下行子幀都可以被Macro小區(qū)使用，各下行子幀上的干擾狀況也不再一致，因此要求終端定義新的基于特定時(shí)域資源的RSRP、RSRQ、RLM和CSI的測(cè)量。以RLM為例，由于Macro已經(jīng)預(yù)留出部分子幀作為Pico小區(qū)的保護(hù)資源，這些資源對(duì)Pico小區(qū)的干擾是相對(duì)較低的，終端在Pico中的這些子幀上可以得到較好的服務(wù)。如果Pico小區(qū)的UE的測(cè)量仍然基于所有下行子幀進(jìn)行測(cè)量，沒(méi)有作為保護(hù)資源的子幀上的干擾是比較大的；這時(shí)終端的測(cè)量就可能誤判，認(rèn)為Pico的鏈路質(zhì)量已經(jīng)不足以滿(mǎn)足它的通信需求，就會(huì)宣布鏈路失敗或觸發(fā)切換流程。不過(guò)這種新的測(cè)量對(duì)于TD-LTE系統(tǒng)而言似乎不成問(wèn)題，因?yàn)門(mén)D-LTE中本身就不能做下行子幀連續(xù)發(fā)送的假設(shè)。

4總結(jié)

本文簡(jiǎn)要介紹了一種基于不平衡網(wǎng)絡(luò)傳輸節(jié)點(diǎn)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)部署方式，它通過(guò)小區(qū)間的干擾協(xié)調(diào)機(jī)制可以兼得小區(qū)分裂和資源統(tǒng)計(jì)復(fù)用的優(yōu)勢(shì)，有效提高系統(tǒng)吞吐量和小區(qū)邊緣頻譜效率，是值得運(yùn)營(yíng)商重點(diǎn)關(guān)注的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)部署策略。