TD-LTE异构网络覆盖研究

郭华 肖荣军 王宏图

摘要文章简要介绍了LTE异构网络的拓扑、优势及其潜在问题，给出了3种控制域干扰协调方案，并通过比较分析指出LTE中增强的ICIC选择了以时域划分为基础的干扰协调方案。

关键词TD-LTE异构网络Macro-Pico干扰协调方案ICIC

1前言

随着数据业务的不断增长，通过简单的小区分裂或LTE R8／9中ICIC(Inter-cell InterferenceCoordination)技术已经难以提高数据容量和小区边缘频谱效率。在此背景下，同频共信道的异构网络逐渐受到关注。

所谓异构网络，是指在传统的Macro eNB覆盖区域内，再部署若干个小功率传输节点(可能是Pico eNB和Femto)，它们与传统分层覆盖采用不同的频率不同，这些小功率传输节点与Macro eNB占用相同的频率甚至载波带宽。这种网络部署为进一步提高小区边缘UE的吞吐量和频谱效率提供了可能，但是存在Macro eNB和小功率传输节点间的共信道干扰问题。因此，针对这种网络部署的增强的ICIC技术在LTE中被提出研究。

2LTE异构网络

在一些热点(Hot-Spot)区域，网络部署对网络规划要求比较高，这些区域往往对数据容量和覆盖的要求也很高。传统网络中通常通过中继来满足覆盖的要求。而传统中继的简单放大转发功能难以满足不断增加的系统吞吐量要求。因此一些非传统的低功率网络传输节点，比如Pico eNB和Femto会被作为传统宏覆盖的一种补充引入到网络部署中，LTE中将这种包括不同网络传输节点的网络称为异构网络。

现在LTE中主要研究Macro-Pico和Macro-Femto两种部署场景，本文仅以Macro-Pico为例，其网络拓扑如图1所示：

在传统同构网络中，UE总是驻留在下行信号强度最强的小区，这相同的策略应用于异构网络部署。显然，在Pico eNB的帮助下，Macro eNB覆盖区域的信噪比分布会比单纯Macro eNB覆盖下的信噪比分布有明显改善，特别是中高信噪比部分的UE的比例得以提高，从而系统吞吐量获得提升。但由于Pico eNB的发送功率相对较低，如果仅按照最强信号强度来选择小区，Pico小区中驻留的用户将会比较少，导致系统吞吐量的提升不是很显著。基于此，在异构网络的研究中逐步倾向引入Pico小区范围扩展(Ranging Expansion)，以此让更多的UE能够被Pico eNB服务。这主要从如下2个因素考虑：

(1)上行干扰。在Pico eNB功率相对较低的条件下，UE如果被Pico eNB服务，意味着Pico eNB相对较近，Pico eNB至UE的路径损耗相对较小，这时UE的上行发送功率会相对较低，从而可以降低UE间的上行干扰。

(2)eNB频率复用。Macro eNB下的多个PicoeNB之间实际上是一种小区分裂，它们之间的频率复用系数为1，随着Pico eNB的增多，系统容量将可能得到显著提升。

把更多的UE留在Pico小区，即采用RE可能有效提高系统吞吐量，但这也意味着即使UE检测到Macro小区信号强度更强，也仍希望该UE被Pico小区服务，这时Macro小区对UE的干扰将会成为RE实施的瓶颈。

3干扰协调候选方案

3.1方案提出

在LTE R8系统中已经引入部分ICIC技术，这种场景下的瓶颈主要在数据域，因此R8 ICIC主要考虑小区间数据域的干扰协调问题，它通过X2接口的协调，使相邻各小区边缘的UE避免使用相同物理资源块。但在异构网络中，干扰的瓶颈不再是数据域，而是转到了控制域，从而在异构网络中对干扰协调方案提出了新的要求。根据LTE R10标准的讨论，3种控制域干扰协调方案被提出：

(1)基于载波聚合的干扰协调方案。该方案主要基于LTE R10中引入的载波聚合机制来实现干扰协调。载波聚合中引入了跨载波调度机制，这样如果Macro小区部署2个载波的系统，Pico小区同样部署2个载波的系统，Macro小区和Pico小区的控制区就可以通过协调使用不同的载波从而避免控制区的干扰，如图2左上图所示。

(2)基于频率划分的干扰协调方案。在R8／9中控制区域是跨载波全部带宽的，但该方案要求控制区只在载波部分带宽上发送。这样从数据域来看，Macro和Pico统计复用整个载波的频域资源，而控制区相互正交，再结合以R8／9的ICIC机制，Macro与Pico之间的干扰可以得到有效控制，如图2右上所示。

(3)基于时间划分的干扰协调方案。该方案要求Macro与Pico之间相互协调，Macro保留部分时域资源，在这些时域资源上仅发送参考信号或少部分控制信道以避免本小区的控制信道信息对Pico小区发送的控制信道的干扰，如图2右下所示。

3.2方案比较

对于上述3种候选方案，LTE-Advanced中都进行了研究和讨论。载波聚合在频率资源比较充分的情况下，无疑是Macro-Pico间控制信道实现干扰协调的最好方案，且已在R10中引入；它的瓶颈在于载波聚合属于终端能力范畴，不是所有R10终端都可以支持载波聚合或跨载波调度的。基于频率划分的协调方案虽然在后向兼容性上有着最好的表现，但它也要求特定能力的终端，且其在控制信道和带宽识别的设计上与R8／9有所不同，与载波聚合也有着太多的相似，没有得到广泛的支持。出于带宽限制、终端能力和后向兼容性考虑，现在LTE中增强的ICIC选择了以时域划分为基础的干扰协调方案。

引入了时域划分为基础的干扰协调方案后，R10终端的测量面临新的要求，尤其是FDD终端。在R8／9中，由于FDD下行子帧是连续发送的，因此终端的RSRP、RSRQ、RLM及CSI的测量都是基于该假设定义的；但在引入时域划分方案后，并不是所有下行子帧都可以被Macro小区使用，各下行子帧上的干扰状况也不再一致，因此要求终端定义新的基于特定时域资源的RSRP、RSRQ、RLM和CSI的测量。以RLM为例，由于Macro已经预留出部分子帧作为Pico小区的保护资源，这些资源对Pico小区的干扰是相对较低的，终端在Pico中的这些子帧上可以得到较好的服务。如果Pico小区的UE的测量仍然基于所有下行子帧进行测量，没有作为保护资源的子帧上的干扰是比较大的；这时终端的测量就可能误判，认为Pico的链路质量已经不足以满足它的通信需求，就会宣布链路失败或触发切换流程。不过这种新的测量对于TD-LTE系统而言似乎不成问题，因为TD-LTE中本身就不能做下行子帧连续发送的假设。

4总结

本文简要介绍了一种基于不平衡网络传输节点的异构网络部署方式，它通过小区间的干扰协调机制可以兼得小区分裂和资源统计复用的优势，有效提高系统吞吐量和小区边缘频谱效率，是值得运营商重点关注的一个网络部署策略。