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，對邊緣小區(qū)使用不同的頻率復(fù)用方式來到達(dá)組網(wǎng)要求。在頻譜資源稀缺的今天,同頻組網(wǎng)對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)門D-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)干擾不是TD-LTE系統(tǒng)中干擾的主要因素,TD

2、-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、網(wǎng)絡(luò)級兩個(gè)層面來討論。鏈路級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)用以及性能會影響到物理層解調(diào)性能。網(wǎng)絡(luò)級干擾是組網(wǎng)應(yīng)用中,在不同的網(wǎng)絡(luò)場景下引起的系統(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)鏈路級干擾a. 子載波間干擾OFDM系統(tǒng)在移動衰落信道中,多普勒頻移會導(dǎo)致子載波間正交性的損失,造成子載波干擾。研究說明子載波間隔在11kHz以上,多普勒頻移對于吞吐量的影響就是輕微的,因此OFDM選用15kHz

3、的載波間隔,根本能夠躲避掉子載波間干擾的影響。b. OFDM符號間干擾時(shí)域上,由于信號的多徑傳播混疊,會造成符號間串?dāng)_。OFDM系統(tǒng)主要采用在時(shí)域傳輸符號前插入CP的方式來抵抗符號間的串?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、晶振誤差會帶來載波相位噪聲,無線信道傳輸中的多普勒頻移會導(dǎo)致載頻偏差所引起相位噪聲,相位噪聲是傳輸?shù)膹?fù)信號相位發(fā)生偏移,引起高階調(diào)制信號解調(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

4、下,用戶的Rank反應(yīng)、CQI反應(yīng)不準(zhǔn)確等情況都會帶來雙流之間干擾的增加,直接導(dǎo)致雙流符號自干擾。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將會對本小區(qū)信號產(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

5、此之間就會產(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)送信號將會干擾上行小區(qū)接收信號。此外,遠(yuǎn)端小區(qū)的DwPTS也有可能對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)的室外信號有可能會對室內(nèi)信號造成干擾。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)干擾主要是鏈路級干擾和網(wǎng)絡(luò)級干擾,可分別從譯碼、

6、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),可以盡量優(yōu)先采用干擾低的RB資源,防止采用干擾高的RB資源,從而盡量防止小區(qū)間的干擾;ICIC那么以小區(qū)間協(xié)調(diào)的方式對各小區(qū)中無線資源的使用進(jìn)行限制,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

7、UE的BLER性能,對UE的發(fā)送功率進(jìn)行調(diào)整。功控的實(shí)施過程如下: 對于每個(gè)UE,PDSCH與RS的EPRE之比對于所有不包含RS的OFDM符號的PDSCH REs是相等的,且由表示。 UE假設(shè)對于16 QAM、64 QAM 或RI>1空間復(fù)用的 等于 ,是由上層設(shè)定的半靜態(tài)UE specific參數(shù),取值范圍3, 2, 1, 0, -1, -2, -3, -6dB,用3bit表示。 對于每個(gè)UE,PDSCH與RS的EPRE之比對于所有包含RS的OFDM符號的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

8、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:2)調(diào)度技術(shù)a. 動態(tài)調(diào)度 LTE系統(tǒng)在調(diào)度中會綜合考慮用戶的接入業(yè)務(wù)類型、CQI、根本資源(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。根本的調(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

9、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)用場景的信道相關(guān)帶寬,因此可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

10、大局部或全部子載波,調(diào)度距離小區(qū)中心遠(yuǎn)的用戶時(shí)只占用局部子載波,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。對于新傳,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;對于重傳那么使用“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

11、資源而在其他時(shí)刻進(jìn)行動態(tài)調(diào)度(重傳)的一種調(diào)度方法。3) ICIC技術(shù) ICIC(Inter Cell Interference Coordination)即小區(qū)間干擾協(xié)調(diào),根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)中國移動的定義,ICIC從資源協(xié)調(diào)方式上可分為:局部頻率復(fù)用(Fractional Frequency Reuse, FFR)、軟頻率復(fù)用(Soft Frequen

12、cy 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)ICIC、半靜態(tài)ICIC和動態(tài)ICIC。由于ICIC本身涉及到的各類具體方案比擬復(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),在防止同頻干擾的同時(shí)最大限度的提高頻率利用率。 理論分析說明,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。控制信道同頻組網(wǎng)解決方案 本節(jié)將從控制信道的干擾情況進(jìn)行

13、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)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、同步信道、播送信道、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,對應(yīng)物理信道的抗干擾能力那么越強(qiáng),下行控制信道的抗干擾能力排序?yàn)镻BCH>PHICH>PCFICH>PDCCH。2)控制信道仿真1)PBCH/PC

14、FICH/PHICH仿真如表2所示，站間距ISD為500m和1732m條件下：TD-LTE的PDCCH/PBCH/PCFICH/PHICH信道的覆蓋均可到達(dá)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CCEControl 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信道的覆蓋到達(dá)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)果說明,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-L