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协作通信系统网络演进与干扰分析

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摘要:频分设计方法牺牲了3G系统中固有的宏分集增益而使得长期演进(LTE)技术不能发挥最大优势，因此在LTE的演进LTE-A中提出了协作通信技术。系统级协作通信把性能提高到极致。为了获得系统级增益，取得更高的频谱效率、更可靠的性能，需要采用协作通信技术。在LTE-A中引入了多点收发、智能中继、协作天线等多种技术，增大了系统的覆盖能力，并且使得用户终端平稳切换，在切换区域的流量增大及服务质量更好。

关键字:长期演进技术；多点协同传输；小区间干扰协调；软频率复用

英文摘要:Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) in Long Term Evolution (LTE) system is fulfilled at the expenses of the inherent macrodiversity gain in 3G systems. In order to improve the network performance of LTE system, Coordinated Multi-Point (CoMP) transmission/reception technology is proposed in LTE Advanced (LTE-A) as a compensation of system gain to get more Spectrum Efficiency (SE). LTE-A introduces multiple technologies like CoMP, smart relay and coordinating multiple antenna to enlarge system coverage, ensure stable handover of user terminals and allow more throughput and fulfill better Quality of Service (QoS) in the handover zone.

英文关键字:long term evolution; coordinated multi-point; ICIC; SFR

1 协作通信技术背景与原理

长期演进(LTE)技术是设计良好的高级技术。在无线接入网部分，首先，利用下行和上行的正交频分复用/离散傅立叶变换-扩频正交频分复用(OFDM/DFT-SOFDM)技术实现了小区内完全正交的信道，极大消除了同小区干扰；其次，多天线技术的收发分集、空分复用、波束赋形等使用方式的灵活转换，灵活利用了空间信道的特性，增大流量，克服干扰；此外，多小区干扰协调(ICIC)机制，第一次突破了单个小区独立控制的思路，将多小区看做一个大系统，引入联合协调干扰的思想。因此，LTE系统的链路流量已经接近香农极限，在LTE系统的后续演进中，对于更高的频谱效率要求[1]，链路级技术改进所能做的工作已经有限，而为了达到提升链路级性能(SINR)的目的，必须转而寻求系统级的解决手段。协作通信技术就是在这种背景下被引入到LTE系统中的。

协作通信是指系统中多个基站(eNodeB)或者多个基站和天线站远程射频单元(RRU)同时进行多点发送/接收的技术，用户终端(UE)将与多个基站和天线站之间建立上下行链接进行通信。基站与多个天线站、多个基站之间可以用光纤进行网状互联，如图1所示。具体地说，网络中插入天线站，或者基于现有站点形成分布式天线系统[2]，进行与UE间的多发多收，称为协同多点传输技术(CoMP)；当直接利用现有网络，在各个基站之间用光纤互联，多个基站直接与UE进行通信，称为基站间协同技术。这两种形式都是协作通信在实际中的应用。图1是基站间协同技术的示例，在这种情况下，其中一个基站是与UE通信的主基站，其他基站则退化为RRU天线站。

协作通信主要利用了系统处理的增益，为了带来多站协作的增益，需要在具体技术中考虑多站协作问题。目前还在研究中的最主要的几项关键技术有：

(1)智能关联。UE能够自动搜寻路损最小的发送站点进行接入。

(2)站间负荷均衡技术。多个站点共同分担覆盖区域内的业务负荷，需要站间通信协调业务分担和资源使用情况。

(3)多天线协作MIMO技术。多个覆盖站点每个都可以采用不同的多输入多输出(MIMO)使用形式，例如多站点覆盖的区域，不同用户可以占用相同的时频资源，但由多个站点分别对不同用户进行波束赋形，区分用户，提高频谱效率。

(4)协作站点选取技术。选择恰当的站点个数、分布位置进行多站协作，以期达到最优的合作效果。

(5)动态ICIC技术[3]。在多站协作通信中，采用光纤连接的多个基站能够进行快速的数据通信，因此能够实现真正的动态ICIC技术，协调小区间的干扰。

2 网络演进

2.1 应用协作通信网技术后的网络演进

经典的宏蜂窝组网常用宏站、微蜂窝组成分层混合网络，宏站进行连续覆盖，微蜂窝用于热点覆盖、盲区覆盖，对宏蜂窝的业务热点进行吸收，同时补充宏蜂窝连续覆盖产生的覆盖漏洞和盲区。以LTE系统为例，在R8中，宏蜂窝和微蜂窝组成分层网络覆盖的形式，采用软频率复用(SFR)方式进行多个小区之间、宏微蜂窝之间的频率规划，那么组网形式如图2所示。