小区间干扰协调(Inter-Cell-Interference-Coordination-ICIC)

小区间干扰协调（InterCellInterferenceCoordination，ICIC）小区间干扰协调（InterCellInterferenceCoordination，ICIC）是用来解决同频组网时，小区间干扰的技术。概述LTE采用的是正交频分复用（OFDM），将高速数据调制到各个正交的子信道上，可以有效减少信道之间的相互干扰（ICI）。但是这个正交只限于当前小区内的用户，而不同小区之间的用户会存在干扰，特别同频组网时小区边缘的干扰非常严重。为了消除小区间的干扰，除了采用传统的加扰、调频等手段外，还可以采用小区间干扰协调（InterCellInterferenceCoordination，ICIC）技术。ICIC是为了保证系统吞吐量不下降，以及提高边缘用户的谱效率。ICIC的基本思想是通过管理无线资源使得小区间干扰得到控制，是一种考虑多个小区中资源使用和负载等情况而进行的多小区无线资源管理方案。具体而言，ICIC以小区间协调的方式对各个小区中无线资源的使用进行限制，包括限制时频资源的使用或者在一定的时频资源上限制其发射功率等。即静态ICIC的主要方式有2种：1）部分频率复用（FractionalFrequencyReuse，FFR）2）软频率复用（SoftFrequencyReuse）部分频率复用（FractionalFrequencyReuse，FFR）FFR的思想是系统将频率资源分为两个复用集，一个频率复用因子为1的频率集合，应用于中心用户调度，另一个频率复用因子大于1的频率集合，应用于边缘用户调度。如图1所示，将系统带宽分成4份。小区中心复用因子为1,3个小区的边缘复用因子为3。3个小区的边缘分别使用不同图注表示。图1FFR示意图则终端在小区不同位置所使用的频率如图2所示。通过保证小区边缘用户处于异频的状态，从而避免小区间的干扰。图2FFR在小区不同位置频率软频率复用（SoftFrequencyReuse）SFR的思想是系统将带宽分三份，如图3所示。三个小区，小区边缘分别使用1份，小区中心使用剩下的2份。小区中心频率复用因子为3/2，小区边缘频率复用因子为3。图3SFR示意图例如，在小区1中，A+B部分只分配给小区中心，C部分频率首先分配给小区边缘，另外C部分剩余的频率也可以根据需要分配给小区中心使用。SFR和功率控制相结合，通过调节某些子频带上功率的方法，来控制和降低干扰。结合功率控制后，SFR对频带的划分如图4所示。图4SFR频带划分在小区边缘，采用高功率频带小区边缘用户路损大，使用边缘频带，可以分配较高的发射功率。小区边缘与邻区分配的频带不同，相互正交，干扰较小。在小区中心，采用低功率频带小区中心用户路损小，不需要使用大功率发射。发射功率小且距离邻区距离又远，所以小区中心即使使用的频率和邻区相同，造成的干扰也非常小。在小区中心，采用高功率频带小区中心用户距离邻小区远，且频带与邻区边缘用户的正交，对邻区干扰小，在边缘频带有剩余时，可以分配给小区中心使用。由于该频带分配功率较高，可以采用高阶调制，提高传输速率，如图5所示。图5小区频带分布SFR终端在小区不同位置所使用的频率如图6所示。结合功率控制，保证相邻小区边缘的用户处于于异频的状态，从而避免小区间的干扰。图6SFR在小区不同位置频率动态ICIC除了对频带和功率的控制，ICIC还可以通过在相邻的源小区和目的小区之间，发送一些调节指示，来动态的实现对相邻小区干扰的控制。在LTE的上行链路传输中：小区可通过X2接口发送强干扰指示（HII）给相邻小区，事先控制使得相邻小区调度资源避开干扰。小区还可通过X2接口发送过载指示（OI）给相邻小区，当相邻小区收到OI报告后会采取自降干扰措施如降低本小区发射功率，如图7所示。图7X2接口发送OIHII（HighInterferenceIndication，高干扰指示）是基于本小区边缘用户的调度信息。在发送HII的源小区，用于指示本小区将要为其边缘终端分配的资源块情况，这些资源块会对相邻eNB产生较大的干扰，同时自身也会对来自相邻eNB的干扰非常敏感。在接收HII的目的小区，通过监视相邻小区的HII，确定相邻小区将要产生强干扰的资源块。对这些资源块进行调度避让或功率调整。一般负载不高的场景，可以执行调度避免。OI（OverloadIndication，过载指示）是基于测量信息。在发送OI的源小区，用于指示本小区在某些频带受到严重干扰。在接收OI的目的小区，根据OI的等级降低在这些频带内的发射功率，从而减轻其对邻小区的干扰。在LTE的下行链路传输中，下行干扰协调通过在X2接口发送相对窄带发射功率（RNTP）来实现。RNTP（RelativeNarrowbandTransmissionPower，相对窄带发射功率）RNTP用来通知邻区是否保持RB发射功率低于一个固定的上限值。这使得邻接小区在调度终端时，会考虑每个RB上期望的干扰强度。ICIC分类ICIC通过管理无线资源使得小区间干扰得到控制，是一种考虑多个小区中资源使用和负载等情况而进行的多小区无线资源管理功能，上下行ICIC方法可以不同。具体而言，ICIC以小区间协调的方式对各个小区中无线资源的使用进行限制，包括限制哪些时频资源可用，或者在一定的时频资源上限制其发射功率。小区间干扰协调（ICIC）技术使用灵活，实现简单，仿真效果较好，是目前LTE系统抗同频干扰的主流技术。ICIC的分类方法图1ICIC的分类（1）从资源更新频率方面进行分类从对无线资源使用的限制进行更新的频率来看，ICIC可以分为如下四大类。①静态协调：对无线资源的使用限制进行重新配置的时间规模为若干天，几乎不需要基站之间交互信息。②半静态协调：对无线资源的使用限制进行重新配置的时间规模为秒级或更长，基站之间信息传递的频率为几十秒或分钟级。③动态协调：对无线资源的使用限制进行重新配置的时间规模为几十或几百毫秒，基站之间信息传递的频率类似。④协作调度：对无线资源的使用限制进行重新配置的时间规模为TTI级别（几毫秒），由于X2接口的时延限制，在基站间无法传递信息。对于网络规划来讲，采用静态小区间干扰协调是最为单纯和简单的手段。另外的3种方式由于需要相对复杂的算法和流程来配合，对于规划来讲，没有完全可靠的预估模式，设备性能和优化手段也受到了具体算法能力的制约。因此在实际应用时，需要更合理地根据设备算法的成熟度和网络规划优化的可行性进行综合权衡和评估，以采用最为合理的方式，既能给规划优化带来便利，又能最大程度的利用算法的优越性。（2）ICIC从资源限制方式方面进行分类从对无线资源使用的限制方式来看，ICIC方法又可以分为如下三大类。①部分频率复用（FractionalFrequencyReuse：FFR）。与普通频率复用相比，部分频率复用是指在某些子频带上的频率复用因子为1，而在另外一些子频带上的频率复用因子大于1。基站根据分配的频段结合调度算法动态调度中心用户和边缘用户的使用频段。对于上行和下行来说，都是基站调度，没有本质的差别。从功率分配的角度看，有一个子频带被所有小区等功率使用（即频率重用因子为1），而其余子频带的功率分配在相邻小区间协调，从而在每个小区创造一个小区间干扰较低的子频带，成为小区边缘频带。FFR方案可以被进一步分为全功率隔离（FFRFI）和部分功率隔离（FFRPI）。全功率隔离意味着每个小区不能在其相邻小区的小区边缘频带上发送数据，从而以减少可用资源为代价抑制了相邻小区的小区间干扰，如图2-a所示，对于部分频率隔离而言，所有小区都可以使用所有系统带宽。因此，可用的频率资源与重用因子为1时相同，这与下面讲到到软频率复用（SoftFrequencyReuse：SFR）类似。在FFRPI方案中，通过为小区边缘频带分配较大发射功率，并相应减少其他子频带上的发射功率从而保持总发射功率的方式增强信道质量，如图2-b所示。实际组网时，需要根据具体网络的需求，合理规划频率部分复用的比例，但是不可避免地会出现部分频谱浪费的问题。因此首先要视不同小区的实际情况不同，单独考虑其频率复用比例，当业务需求随着场景、时间的变化时，部分频率复用的比例如何根据业务需求进行调整，是优化工作必须重视的问题。当然，在用户负载较高时，肯定会比较难于协调。②软频率复用（SFR）。与普通频率复用相比，软频率复用（SFR）对某些子频带上的功率只是部分减少，而不是完全限制使用。因此对于SFR，需要调节某些子带上的功率。综合上述方法，对SFR进行如下定义：每个小区使用整个频带，但根据特定的频率复用方案，在各个子频带上有两种不同的功率分配方法：①某个特定的子频带上发射功率被减小，其余子频带上使用相等的全功率发射；②某个特定的子频带上使用全功率发射，其余子频带上发射功率被减小。总体来说，SFR与频率复用因子为1的情况相同，可使用所有可用频率资源传输。但与前者不同的是，不同子频带上的平均SINR不再完全相同。每个小区全功率发射的子频带上的SINR会维持不变或提高，而发射功率被减小的子频带上的SINR则会减小。图2部分频率复用（FFR）图3软频率复用（SFR）③全频率复用（FullFrequencyReuse：FFR）。全频率复用与SFR和FFR中对一组连续的PRB采用统一的资源使用和发射功率限制不同，全频率复用对时频资源的使用和发射功率的限制以PRB为单位，可以单独对某个PRB进行调度和功率限制，以避免高功率干扰对边缘用户产生严重影响。在全频率复用方案中，并不区分IC和OC资源，利用测量到高干扰PRB资源指示，eNodeB端进行PRB协调调度，系统可以使用小区内频谱资源，即频率复用因子为1。ICIC的不同分类方式小结3种频率复用模式的区别如表10-10所示。表10-10ICIC不同频率复用模式的比较ICIC实现方式FFRSFR全频率复用资源规划单元连续多个RB组成的子频带单个RB频带划分IC资源使用资源部分正交频带全部频带无IC、OC资源划分复用系数11OC资源使用资源部分正交频带部分正交频带复用系数大于1大于1频带使用特点不同小区边缘用户使用相互正交的子频带不同小区用户使用相互正交的RB，或结合功控使用同一RB功率控制无功控可结合功控可结合功控表10-11给出了ICIC不同频率复用方案与协调周期的对应关系，其中协作调度对资源重配的时间规模为TTI级别，并且会更细化资源的分配，因而不存在软频率复用或部分频率复用的模式。而静态协调的资源使用基本固定，其分配不会细化到PRB的级别，因此不存在全频率复用的模式。对于静态协调、半静态协调和动态协调，由于ICIC方案只规定在一段时间内对时频资源的使用和发射功率的限制情况，因此还需要与每个小区的调度算法相结合，实现用户数据到具体资源的映射。表10-11ICIC方案对应关系表静态协调半静态协调动态协调协作调度部分频率复用√√√×软频率复用√√√×全频率复用×√√√R8/R9中关于ICIC技术的标准化内容如下。（1）上行ICIC技术上行采用动态ICIC技术，可通过X2接口传送高干扰指示HII和过载指示OI信息。HII用于指出分配给边缘用户的可能会造成较大干扰的PRB，通过资源调度避免碰撞，减少干扰。OI用于指出那些已经受到较大干扰的PRB，防止其再被分配给边缘用户。OI和HII都是事件触发，触发主要基于HII门限和OI门限。OI有2个门限值，用于区别3类干扰等级。因此HII只要1bit，而OI则需要2～5bit构成。HII和OI最小更新周期为20ms，都具有频率选择性，颗粒度为1个PRB，对不同的邻小区可发送不同的HII。（2）下行ICIC技术下行采用RNTP参数指示每个PRB的功率信息，通过传输RNTP参数可以将本小区PRB的功率信息提前通知邻小区，邻小区根据接收到的功率信息进行干扰协调，从而降低小区间的干扰。由于LTE最终决定下行业务信道不采用功率控制，导致ICIC的干扰控制效果受到很大限制。标准中RNTP只使用1bit指示某个PRB是否被占用了，R8支持eNB间交互RNTP信息，并且讨论