FDD-LTE-文献综述

.单位代码01学号1101220082分类号TN92密级文献综述FDD-LTE网络关键技术及干扰浅析院（系）名称信息工程学院专业名称通信工程学生姓名吉园峰指导教师唐海玲2015年4月20日黄河科技学院毕业设计(文献综述)第1页摘要LTE是基于OFDMA技术、由3GPP组织制定的全球通用标准，包括FDD和TDD两种模式用于成对频谱和非成对频谱。LTE标准中的FDD和TDD两个模式间只存在较小的差异。FDD-LTE系统采用同频组网方式，是一个噪声敏感系统。新的技术给用户带来更好的体验的过程中存在着各种问题。其中最为显著的就是干扰问题。本文首先介绍了FDD-LTE的关键技术以及组网技术。继而就FDD-LTE系统内外干扰问题提出简单的分析与解决方法。最后提出一种常见的模三干扰，并给出优化手段。关键字：OFDM；FDD-LTE；系统内外干扰；模三干扰；噪声黄河科技学院毕业设计(文献综述)第2页1FDD-LTE的核心技术及其性能1.1FDD-LTE核心技术FDD-LTE系统将多输出多输入（MIMO）与正交频分复用（OFDM）技术作为基础，上行采用的是单载波频分复用即SC-FDMA技术，下行则采用的是OFDM技术。单载波频分复用技术是一种混合调制技术，它可以将OFDM的长符号特性与单载波的低峰均比特性有机结合，使其更加适用于实际工程。[8]OFDM技术的基本原理是在频域内将指定的信号传输道路分成若干相互独立的正交子信道，但是由于OFDM是利用多路并行来传输信息的，因此对于每个正交子信道中的子载波进行调制以及在并行传输过程中，调制后的频谱会发生相互重叠的现象，但是每个子信道的载波间能够保持正交，这样就可以减少子信道之间的干扰，从而提高频带的利用率。同时，由于在各个子信道上传输的是窄带信号（即信号带宽小于信道带宽的信号），因此可以将每个子信道看作是平坦性的衰落，而这将会在极大程度上减少符号干扰。因而，OFDM技术已经成为在第四代移动通信系统中备受关注的技术之一。[5]MIMO技术是利用发射端和接收端的多通道与多天线进行同步接收和发射，信号在传输时将会被多重切割，但在接收时可以利用DSP重新技术的方式根据时间差等因素重新组合被分开的各路信号，并正确而快速地将原本发射时的信号进行还原。OFDM与MIMO技术的有效结合已经成为第四代无线通信网络与LTE的核心技术之一，MIMO技术可在一定程度上抵抗多径衰落，而OFDM技术能有效抑制频率的选择性衰落。目前，利用MIMO与OFDM有效结合的技术可以更加合理地开发频谱资源，从而提供高速率的数据传输功能。1.2LTE技术性能与3G技术相比，LTE技术有如下几种特性：（1）支持多种系统带宽、灵活的带宽部署以及“对称”与“非对称”的上下行带宽分配，从而保障了在系统分配上的灵活性；黄河科技学院毕业设计(文献综述)第3页（2）LTE系统的架构是以分组域业务为主要目标，采用了更平坦的网络结构，可以减少业务延迟；（3）由于下行采用的是OFDM技术，能够灵活地进行资源分配；而上行采用的是SC-FDMA的多地址技术，可减低对于移动平台射频的要求；（4）通过利用短时隙帧结构，可降低无线网络的延迟以及交织长度，从而解决了向下兼容的问题。（5）利用数据包频域调度、混合自动重传的功能来提高小区平均传输速率。综上所述，我们可以知道：与3G技术相比，LTE技术更加具有技术优势，即：分组传送快、可降低延迟、能够向下兼容、覆盖面积广以及能够高速率进行数据传输等。黄河科技学院毕业设计(文献综述)第4页2LTE组网技术LTE组网技术的主要目的之一是抑制干扰，而背景噪声是不能抑制的。LTE使用了六类组网技术，包括：时域与频域调度、跳频、码分复用、空间波束赋形、功率控制和接收机算法增强。[7]2.1时域与频域调度时域与频域调度主要是通过基站内的调度使不同的用户利用不同的时域和频域资源，从而有效抑制小区内的干扰。LTE系统中，对于上行，同一小区的每个用户使用不同的时间和频率进行上行数据传输从而有效避免了小区内用户间干扰；对于下行，同一小区的用户在时间、频率和空间三个维度上分开来避免用户间干扰[4]。LTE的Release8版本支持7种天线模式来应用MIMO技术，其中天线模式5支持多用户的MIMO传输，即在同一时域与频域资源上利用空间维度区分不同的用户，对于其它天线模式，小区内所有用户通过时域与频域调度的方式分开。2.2跳频跳频技术的原理在于同一用户在不同的时刻采取不同的频率传输。LTE是宽带系统，在上行的数据传输中使用了跳频技术。LTE系统支持两种跳频方式，一个是子帧内跳频，一个是子帧间跳频。两种方式的区别仅在于跳频的时间间隔。2.3码分复用LTE系统主要采用两种码分复用技术，加扰和扩频。加扰是每个小区进行数据发送前乘以一个统一的扰码来进行干扰随机化，从而达到抑制小区间干扰的效果。对于下行加扰，加扰码采用PN码，PN码的产生与小区ID相关。上行的加扰采用Zad-off-chu序列。扩频可以有效抑制干扰，但是不能回避的问题是频谱利用率降低。如数据信道用一个长度为4的walsh码,干扰可以接近降低6dB，但是频谱利黄河科技学院毕业设计(文献综述)第5页用率也降低了3/4。所以数据信道中不直接使用扩频，控制信道部分使用扩频。2.4空间波束赋形波束赋形在军事上有广泛的应用，比如雷达。波束赋形是TD-LTE特有的技术，是测试的重点也是难点。从直观上说，波束赋形很容易理解，就是产生一个波束，直接对准用户，然后进行数据发送。波束赋性的性能上限取决于三个因素，一是基本波束赋性单元的天线增益，二是天线数量，三是信道信息是否完整。天线都是由若干的天线阵子构成，若干天线阵子的叠加使天线具有了一定的方向性。现在的天线类型主要有双极化天线和大天线阵列两种，每种天线的特性各不相同，采用不同类型的天线，波束赋形的性能也不尽相同。天线数量决定天线增益，天线数量越多，形成的波束增益越高，方向性越强，但受实际场地限制，一般采用八根天线。信道信息的完整程度指的是基站端获得的用户位置等信息。例如，天线的波束很窄，增益很高，但是由于用户位置信息错误，导致天线发射对错了位置，反而效果很差。所以对于波束赋形技术，对信道状况的信息要求相当高，否则波束赋形会使系统性能降低。由此可见，越是精细的技术，越需要仔细规划，要考虑整个系统精度。LTE的Release8中波束赋形的应用主要在天线端口5，其的标准化基本完成，现在的规范讨论主要集中在Release9的新增天线端口7和天线端口8上，仍有若干问题待标准化，因此如何发挥这项技术的优势还需一段时间。2.5功率控制（干扰协调）同频组网技术中的功率控制主要指数据信道的干扰协调技术。干扰协调的原理是通过对资源管理设置一定的限制，以协调多个小区的动作，从而避免严重的小区干扰。具体的实现方法有两种，一种是避免干扰小区使用可能造成干扰的资源块，另一种是控制干扰小区在可能造成干扰的资源块的发送功率干扰协调技术主要针对数据信道。上行和下行采用的干扰协调技术不同，下行采用软频率复用技术，上行采用基于过载指示（OI）和高干扰指示（HII）的上行干扰协调技术。软频率复用的思想就是对小区进行区域划分，分为中心区域与边缘区域。中心区域的用户只使用部分发送功率，而对边缘用户则以满功率发射。软频率复用也有两种实现方式，静态软频率复黄河科技学院毕业设计(文献综述)第6页用和半静态软频率复用。静态软频率复用就是所有参数都预先设定，基本不改变。半静态软频率复用与静态软频率复用的区别在于基站间的接口有一个交换信息的过程，这个信息就是窄带发送功率指示（RNTP）。RNTP是一个窄带指示比特，指示每个RB上的干扰情况。既然是1个比特，就会有一个门限,这个门限值由厂家自己确定，标准给出了一个取值范围。RNTP最小更新周期是200ms。对于上行的干扰协调技术，标准支持小区间OI和HII的传输,具体的算法由厂家确定。2.6接收机算法增强（干扰删除）小区间干扰删除是接收机的算法，标准中并未直接给出。现行的干扰删除技术主要有两类：一类是基于多天线接收终端的空间干扰压制技术；另一类是基于干扰重构的干扰消除技术。空间干扰压制技术利用来自不同终端或者基站的信号差异来区分干扰信号，从而进行干扰消除。基于干扰重构的干扰消除技术就是接收机对干扰信号进行解调，然后从整体信号中把干扰信号直接删除。小区间干扰删除不是一个容易实现的技术，理论上，干扰删除技术在一定条件下可以带来非常大的好处，就基站端而言，如果不同用户在同一频段发送，完全可以采用这个技术消除干扰。在EV-DO系统中，上行就采用了干扰删除技术，带来了明显的系统增益。而对于LTE系统，小区内用户使用不同的频率，因此，这个技术的服务对象变成了其它小区用户。其效果就大打折扣了。无论是基站还是终端，解调一个数据信号都要有信道估计的辅助。估计一个相对弱的信号本身就非常困难，而干扰的数量又是很大的，同时处理多路信号消耗的硬件资源相当严重。如果这个消耗是额外的，接收机根本不应该采用。所以，实际系统设计最好不要把负担留给不能标准化的接收机。黄河科技学院毕业设计(文献综述)第7页3FDD-LTE干扰分类3.1系统内干扰FDD-LTE采用同频组网方式，整个系统范围内的所有小区可以使用相同的频带为本小区内的用户提供服务，因此频谱利用率高。但是对各子信道之间的正交性有严格的要求，否则会导致干扰。[3]3.1.1小区内干扰由于OFDM的各子信道之间是正交的，这种特点决定了小区内干扰可以通过正交性加以克服。如果由于载波频率和相位的偏移等因素造成子信道间的干扰，可以在物理层通过采用先进的无线信号处理算法使这种干扰降到最低。因此，一般认为OFDM系统中的小区内干扰很小。[6]3.1.2小区间干扰LTE系统采用更灵活的频率复用策略，任何一个小区都有可能使用所有的频谱资源，因此小区间的干扰无可避免。对于小区间的同频干扰，可以采用干扰抑制技术，主要包括干扰随机化，干扰消除和干扰协调。干扰随机化和干扰消除是一种被动的干扰抑制技术，对网络的载干比并无影响。[1]3.1.3小区间干扰消除技术方法加扰LTE系统充分使用序列的随机化避免小区间干扰一般情况下，加扰在信道编码之后、数据调制之前进行即比特级的加扰PHICH物理信道的加扰是在调制之后，进行序列扩展时进行加扰黄河科技学院毕业设计(文献综述)第8页图1加扰方法跳频传输目前LTE上下行都可以支持跳频传输，通过进行跳频传输可以随机化小区间的干扰发射端波束赋形以及IRC提高期望用户的信号强度降低信号对其他用户的干扰特别的，如果波束赋形时已经知道被干扰用户的方位，可以主动降低对该方向辐射能量图2波束赋形（小区间干扰消除——IRC，当接收端也存在多根天线时，接收端也可以利用多根天线降低用户间干扰，其主要的原理是通过对接收信号进行加权，抑制强干扰，称为IRC（InterferenceRejectionCombining）小区间干扰协调TurboCodingInterleaverScramblingAUserA期望用户被干扰期望用户黄河科技学院毕业设计(文献综述)第9页基本思想：以小区间协调的方式对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静态的小区间干扰协调半静态的小区间干扰协调动态的小区间干扰协调ICIC技术就是在相邻小区之间进行协调，以避免或降低ICI。这种“协调”实际上是通过在小区边缘采用小区频率复用方法实现的，可分为“软频率复用”（SoftFrequencyReuse，SFR）“部分频率复用”(FractionalFrequencyReuse，FFR)。在上行，ICIC是和调度以及功率控制相结合的。在下行，ICIC是和调度以及用户的功率分配相结合的。功率控制小区间功率控制（Inter-CellPowerControl）一种通过告知其它小区本小区IoT信息，控制本小区IoT的方法小区内功率控制（Intra-CellPowerControl）补偿路损和阴影衰落，节省终端的发射