会员中心
用户名:
密 码:
 
  忘记密码
移动通信
LTE与CDMA系统小区干扰抑制异同分析
文章来源:本站原创  发布时间:2014-08-08  浏览次数:970

LTE与CDMA系统小区干扰抑制异同分析 

王毅君 

(沈阳市电信规划设计院(有限公司) 110021)

【摘 要】小区间干扰会造成系统容量不可忽视的下降,而且对功率控制算法、发射功率及呼叫接入控制算法等都有影响。本文主要对LTE与CDMA系统之间小区间干扰问题产生的成因、原理以及干扰抑制的技术手段等的异同进行了对比分析,并对如何在未来的网络中更好的抑制小区间干扰提出了展望。

【关键词】 LTE 小区间干扰 干扰抑制

1.概述

CDMA(Code Division Multiple Access,码分多址),CDMA通信系统中,不同用户传输信息所用的信号不是靠频率不同或时隙不同来区分,而是用各自不同的编码序列来区CDMA,或者说,靠信号的不同波形来区分。如果从频域或时域来观察,多个CDMA信号是互相重叠的。接收机用相关器可以在多个CDMA信号中选出其中使用预定码型的信号,其它使用不同码型的信号因为和接收机本地产生的码型不同而不能被解调。它们的存在类似于在信道中引入了噪声和干扰,通常称之为多址干扰。

LTE(Long Term Evolution,长期演进技术),LTE以正交频分复用(OFDM)和多入多出(MIMO)为核心技术,在LTE系统中,将信道分成若干正交子信道,将高速数据信号转换成并行的低速子数据流,调制到每个子信道上进行传输,不同用户靠不同的子信道或时隙来区分。如果从频域或时域来观察,多个用户的主信号是互相错开的、其余信号是重叠在一起的。接收端采用相关技术将正交信号分开,每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽,因此每个子信道可以看成平坦性衰落,从而可以消除符号间干扰。

无论是LTE还是CDMA系统,他们都以单频组网为主要组网方式(当然也可以多频组网,但多频组网时要求有更多的频谱资源,这在频谱资源日益紧张的今天来说,实现起来比较困难,因此本文不对多频组网的情况进行讨论),就是说网络中所有的小区都共同使用相同的系统带宽及频点,这样做会带来一些好处,比如说易于软切换的实现(如在所有制式的CDMA网络中,越区切换时都使用了软切换方式);但同时,小区间的干扰问题也变得严重起来。

今天的蜂窝网络主要受限于干扰,干扰不同于噪声的地方在于干扰是由使用同一网络的人造设备产生的,传统的噪声可以通过增加发射功率来解决,但这个方法会使总的干扰也增加(因为那些临近用户所受的干扰也增加了),这使得干扰抑制成为一个极具挑战的话题。

2.小区间干扰问题分析

在GSM网络中,小区之间是通过频率进行划分的(通常采用7小区复用方式)。但在LTE和CDMA网络中,通常采用单频组网来解决覆盖(有时会增加第二载频来解决热点地区的容量问题),因而,小区间的干扰问题变得更加复杂。蜂窝系统是双向的,上行和下行(或叫反向和前向)之间有很大的区别,下面我们就来具体分析。

 

        图1 小区下行(前向)干扰图示

首先见图1所示,这是一个下行网络,在三扇区网络中,小区覆盖半径为R,小区基站间最小站间距为3/2R,Node A为手机的主服务小区。手机要从K个(图1中示意出5个信号,实际网络中的信号数量可能会多于5个,Node E、F或其它基站也可能对手机造成干扰,图1中为了分析简单没有示意出)小区信号中解调出一个单独的期望信号(Node A),同时压制来自其它小区的数目有限的几个干扰源(Node B、C、D、G)。

 

    图2 小区上行(反向)干扰图示

然后见图2所示,这是一个上行网络,在三扇区网络中,小区覆盖半径为R,小区基站间最小站间距为3/2R,Node A为手机的主服务小区。基站接收机必须能够同步解码所有的K个(图2中为了简单只用实线箭头线示意出1个信号,实际网络中的信号数量远大于1个)期望手机用户信号(Node A服务区内的所有手机信号),同时压制来自其它小区的许多个干扰源(图2中用虚线箭头线示意出了6个小区间干扰信号源)。

通过以上分析可见,下行网络中的小区间干扰主要是相邻基站造成的,数量有限,而且可以靠蜂窝系统使用更加复杂的调度算法加以抑制;上行网络中的小区间干扰主要是相邻小区的手机终端造成的,数量及接入都是随机的,再加上所有用户距离基站距离不等,难以实现调度算法的精确实时,因而,上行网络的小区间干扰问题更加复杂和难以克服。

需要注意的是,LTE系统中采用的MIMO技术虽然可以提高用户的数据率,但多根发射天线也增加了对相邻小区的干扰,并且也没有改变多小区系统这个客观事实。

3.LTE与CDMA系统小区间干扰抑制技术异同分析

由于上行网络有着比下行网络更加复杂的小区间干扰问题,因此,本文将重点对上行网络进行分析。

3.1  相同点分析

(1)、功率控制;

功率控制属于小区间干扰协调/回避的方法之一,即根据每个UE的需要调整上行的发射功率,直到达到一个期望的SINR(信干噪比)值,避免小区边缘的UE因为了提高信号质量采用过大的发射功率造成对临小区的强烈干扰。

但是如果功率控制算法精确的根据多径衰落也未必是最适合的,因为处于深度衰落中的用户会以高功率进行发射,这样就会给临小区带来严重的小区间干扰,因而,对UE的最大发射功率要进行限制。这样做可能会降低链路的容量,但能带来整个系统容量的提升。

无论是LTE还是CDMA系统都在上行网络中采用了功率控制来抑制小区间干扰。

(2)、小区间干扰随机化;

干扰随机化就是要将干扰信号随机化,这种随机化不能降低干扰信号的能量,但能使干扰的特性近似“白噪声”,从而使终端依赖处理增益对干扰进行抑制。

LTE和CDMA系统都使用了干扰随机化来抑制小区间干扰。在CDMA系统中,靠扰码序列(PN码或Gold code);LTE系统则采用了交织多址技术(Interleaved Division Multiple Access,IDMA),对各小区的信号在信道编码后采用不同的交织图案进行进到交织,以获得干扰白化效果。

3.2  不同点分析

(1)、扰码的作用范围不同;

在CDMA系统中,扰码是用于区分小区和用户的;而在LTE系统中,IDMA(交织多址)只是用于区分小区的。

CDMA是一个自干扰系统,根据不同的扰码,基站在接收到的N多个手机发出的同频信号流中去解码出“属于”自己的那个部分;但是由于使用同一频率,噪音总能量随总功率的升高而升高,总功率越高,认为噪音越高,即随着内部业务量的增大噪音升高,对自身形成的干扰(包括小区内和小区间)也就越大。而LTE系统,理论上在小区内部是没有干扰的,只有小区间的同频信号间存在干扰。

(2)、有无使用软频率复用;

如果从频域上来观察LTE系统,多个用户的主信号是互相错开的(即所谓正交的),因而,可以采用“软频率复用”的方式来协调小区间的干扰。正常情况下,小区中心区域由于距离近,会发射低功率,因而可以认为其信号能量被较好的限制在小区范围内,不会对临区造成干扰;在小区边缘,需要高功率发射,可能会对临区造成较大干扰。软频率复用就是允许小区中心的用户使用全频带,小区边缘的用户按照频率复用原则使用部分频带,如图3所示。软频率复用的结果是降低了频谱使用效率,但减少了小区间的干扰。

CDMA系统由于使用码分多址技术,无法在工作频带内实现软频率复用,如果想实现类似的频率复用的话,只能靠增加相对数量的载频来实现。

 

图3 软频率复用图示

(3)、有无使用干扰消除技术;

干扰消除技术,就是通过将干扰信号解调/解码后,对该干扰信号进行重构,然后从接收信号中减去,如果能将干扰信号的分量准确去除的话,剩下的就是有用信号和噪声,这种方法无疑是一种更为有效的小区间干扰抑制技术。

LTE系统中得到最深入研究的就是基于IDMA(交织多址)的迭代干扰消除技术,但由于这种技术对系统的小区间同步要求的限制、信号格式的限制、资源分配方面的限制以及接收机和交织器的要求方面都提出了更高的要求,LTE最终没有采用干扰消除技术。

在CDMA系统中,使用的干扰消除技术主要是多用户检测技术(MUD),也就是根据多用户检测算法,在经过非正交信道和非正交的扩频码字,重新定义用户判决的分界线,在这种新的分界线上,可以达到更好的判决效果, 去除用户之间的相互干扰,增加系统容量,有效缓解远近效应。但是多用户检测技术大大增加了CDMA系统的设备复杂度,增加了CDMA系统的处理时延,特别是对于扩频码较长的系统更是如此,从目前的器件水平来看,对于扩频序列很长的CDMA系统来实现多用户检测算法,还有很大的难度。因而,在CDMA系统中也只有扩频序列最大长度为16的TD-SCDMA使用了多用户检测技术。

4.结束语

在未来的移动通信系统中, 由于用户数急剧膨胀,系统中的多址干扰会日益严重,而移动数据业务对误码率提出了更高的要求,因此对多用户检测技术的需求会更加迫切,多用户检测技术很有可能会写入下一代移动通信的标准中。现有的多用户检测技术主要集中在小区内干扰的消除。随着载波频率的提高,小区的范围会变得越来越模糊,甚至可能出现个人小区的概念。在这种情况下,小区间的多用户检测技术急待研究。另外,在使用了多天线系统后,多用户检测技术和多天线系统的联合检测也是研究的一个方向。

 

参 考 文 献

[1]  沈嘉、索士强、全海洋等. 3GPP长期演进(LTE)技术原理与系统设计. 2008.11.

[2]  达哈曼(瑞典)等. 3G演进:HSPA与LTE(第2版). 2010.4.

[3]  王映民等.TD-LTE技术原理与系统设计.2010.6.

[4]  苏华鸿、王秉钧等. 蜂窝移动通信射频工程. 2005.1.

[5]  张业荣、程勇等. 蜂窝移动通信网络规划与优化. 2003.9.

网站首页 关于我们免责声明联系我们
版权所有:辽宁省通信学会  备案号:辽ICP备11005629
联系电话:024-22517766  地址:沈阳市沈河区北站路72号


网站建设:恒昊互联网络