抑制LTE系统小区间干扰的软频率复用改进方案✴

万晓榆，刘乙樟，樊自甫（.重庆邮电大学经济管理学院，重庆400065；.重庆邮电大学通信学院，重庆400065；.重庆邮电大学通信网络管理研究所，重庆400065）

抑制LTE系统小区间干扰的软频率复用改进方案✴

万晓榆1，刘乙樟2，樊自甫3
（1.重庆邮电大学经济管理学院，重庆400065；2.重庆邮电大学通信学院，重庆400065；3.重庆邮电大学通信网络管理研究所，重庆400065）

为提高系统性能，LTE系统可通过频率复用因子（Frequency Reuse Factor，FRF）为3的软频率复用（Soft Frequency Reuse，SFR）方案来有效抑制小区间的同频干扰，但在小区峰值速率和系统容量方面仍有改善空间，由此介绍一种FRF为7的SFR方案，并结合与之相适应的资源调度策略，可较大地提高小区边缘用户的峰值速率，使系统容量得以提升。

LTE系统；小区间干扰；软频率复用；资源调度；系统容量

1 引言

LTE系统在空中接口物理层技术上采用先进成熟的正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）技术，其提供严格正交的子载波，保证了同一小区内各符号间的正交性，从而有效地解决了小区内的码间同频干扰［1］，虽然还存在载波频率和相位的偏移等因素会造成子信道间的干扰，但是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［2］，因此LTE系统可以采用同频组网方式，其频谱利用率得到极大的提升。

但是，小区间的同频干扰依然是无法避免的，这种小区间干扰就是LTE系统中最主要的干扰，严重影响了小区边缘区域的服务质量和数据速率，成为小区性能特别是小区边缘区域性能下降的主要因素，因此抑制小区间干扰是提高小区性能的有效方法。

为抑制小区间干扰，提升系统容量，LTE系统通常采用小区间干扰协调（Inter-Cell Interference Coordination，ICIC）技术，其通过协调频率资源，使小区间的资源严格正交，减少小区间干扰，并且使用方法灵活，实现简单，效果较好，已成为目前抑制小区间干扰的主流技术。软频率复用（Soft Frequency Reuse，SFR）就是ICIC技术的一种常用方案，目前工程上大多采用频率复用因子（Frequency Reuse Factor，FRF）为3的SFR方案，其实现方法简单，但在小区峰值速率和系统容量等关键性能指标上仍然有较大的提升空间。本文介绍一种FRF为7的SFR方案，并通过仿真验证，对比其与传统的FRF为3的SFR方案在系统性能上的优劣。

2 软频率复用（SFR）方案

在软频率复用方案中，所有的频段被分成两组子载波，一组称为主子载波，另外一组称为辅子载波。主子载波可以在小区的任何地方使用，而辅子载波则只能在小区中心使用。不同小区之间的主子载波相互正交，从而达到小区边缘区域能有效抑制干扰的目的，而辅子载波由于只在小区中心区域使用，与相邻小区距离较大，相互之间干扰较小，可以使用相同的频率进行信号的收发［3］。

2.1 频率复用因子（FRF）为3的SFR方案

目前，大多数通信设备商在ICIC技术上都采用了FRF为3的SFR方案，其示意图如图1所示。

该方案将小区分为中心区域和边缘区域两部分，其中各小区中心区域可使用全段频率，频谱利用率达到最大；边缘区域满足相邻小区间频率交错原则，使小区间同频干扰最小，频谱利用率为1／3［4］。

该方案配置简单，实现容易，在频谱利用率和信号-干扰噪声比（Signal to Interference plus Noise Ratio，SINR）之间找到了一个较好的均衡点，系统容量和传输速率达到了一个较高的水平，因此该方案成为大多数通信设备商抑制小区间干扰的首选方案［5］。

2.2 频率复用因子（FRF）为7的SFR方案

频率复用因子越小，频谱利用率就越高，同时SINR值越小，小区间干扰越大；相反，频率复用因子越大，频谱利用率就越低，SINR值就越大，小区间干扰越小［6］。可以通过合理的频率资源规划对频谱利用率和SINR值之间进行优化，提高小区边缘区域的容量。

FRF为7的SFR方案就是通过增大频率复用因子使SINR值增大、小区间干扰减小、系统性能提高的方法，其示意图如图2所示。虽然频谱利用率也随之降低，但可以通过合理的频率资源调度策略将较低的频谱利用率再度提高，进而使小区频谱利用率和SINR方面都优于FRF为3的SFR方案。

该方案同样将小区分为中心区域和边缘区域两部分，并将全段可用频率等分为7份。小区中心区域由于与相邻小区间距离较大，干扰较小，因此可以使用全段频率，频率复用因子为1，频谱利用率达到最大；小区边缘区域由于与相邻小区距离较小，必须要求相邻小区间边缘区域使用不同的频率，才能保证边缘区域通信的正常进行，因此将每个小区边缘区域再分为3块，每块使用7个频段中的1个，这样就能实现相邻小区间频率资源的相互交错，抑制小区间的同频干扰。

该方案中FRF为7可以使SINR值有较大的提高，但是由于每块边缘区域只能使用7频段中的1个，频谱利用率只有1／7，相对于FRF为3的SFR方案系统容量减小。

由于不存在小区内干扰，每块边缘区域除了有自身的固定频率外，还可以对另外两块边缘区域的可调频率进行调用，通过合理的频率调用方法，其频谱利用率可增大为3／7，相对于FRF为3的SFR方案系统容量增大。

3 频率资源调度策略

要使某个小区边缘区域的频谱利用率为3／7，必须保证与该边缘区域相邻的小区不能再次使用该频率，否则，小区间同频干扰将增大，影响通信质量，甚至引起掉话。因此，合理的频率资源调度策略是保证小区边缘区域较高频谱利用率的关键［7］。

3.1 策略思想

某个小区的某块边缘区域所属的频率资源已经达到满载，无法再接入新的业务。此时如出现新的业务接入请求，该小区所属的eNodeB根据资源优先级，将业务接入到最优的可调资源上，并通过eN-odeB之间的X2接口，向相邻eNodeB发送LOAD INFORMATION消息，告知相邻eNodeB降低被调资源的优先级，尽量避免使用该被调频率资源。相邻eNodeB收到此消息后将根据该频率资源的使用情况进行判断，如果该频率资源未被使用则发出证实消息，如已被使用则向申请eNodeB发出拒绝消息。待业务结束后，申请eNodeB释放该频率资源，再次发送LOAD INFORMATION消息告知相邻eNodeB升高被调资源的优先级。如果相邻两小区都只能使用同一资源，以满足业务接入的需求，必须使用功率控制技术降低发射功率，并向相邻使用同频率的eN-odeB发送LOAD INFORMATION消息要求其也降低发射功率，防止小区间干扰过大。当误块率（BLock Error Ratio，BLER）超过一定门限时，已无法达到最基本的通信要求，将发生掉话。

3.2 策略流程

频率资源调度策略流程如图3所示。

4 性能仿真

4.1 参数配置

LTE系统实现了可变带宽配置，可将带宽配置为5 MHz、10 MHz、15 MHz、20 MHz等，可根据实际业务情况进行选择，配置灵活。在仿真中采用20 MHz作为系统带宽，根据3GPP TR25.814规定，20 MHz带宽对应的最大发射功率为49 dBm，子载波间隔为15 kHz［8］，其余详细参数配置如表1所示。

4.2 仿真结果

从图4可以看出，不使用资源调度策略，即便增大FRF使SINR得到提高，但同时也会导致带宽的减小，反而导致小区边缘容量的降低。因此如果不使用资源调度策略，FRF为7的SFR方案在系统性能上劣于传统FRF为3的SFR方案。

从图5可以看出，使用合理的资源调度策略后，小区边缘容量值得到了较大提高。FRF为7的SFR方案只有同与之相适应的资源调度策略结合后，才能实现该方案在系统性能上的优势。

5 结论

本文引入一种FRF为7的SFR方案，并提出与之相适应的资源调度策略，两者相结合共同实现小区间的干扰抑制。相对常用的FRF为3的SFR方案，该方案在小区边缘区域获得了更高的用户峰值速率，使整个系统容量得到较大提升。虽然在工程实现上较为复杂，但该方案可应用于人员密集场所，以满足更多用户的通信需求。

［1］Geng Ziwei.Inter-cell interference cancellation in OFDMA network［D］.北京：北京邮电大学，2009. Geng Ziwei.Inter-cell interference cancellation in OFDMA network［D］.Beijing：Beijing University of Posts and Telecommunications，2009.

［2］Xiang Y，Luo J，Hartmann C.Inter-cell Interference Mitigation through Flexible Resource Reuse in OFDMA based Communication Networks［C］／／Proceedings of the 13th European Wireless Conference.Paris，France：［s.n.］，2007：1-7.

［3］Bin Fan.A Dynamic Resource Allocation Scheme Based on Soft Frequency Reuse for OFDMA Systems［C］／／Proceedings of 2007 International Symposium on Microwave，Antenna， Propagation and EMC Technologies for Wireless Communications.Hangzhou：IEEE，2007：1-4.

［4］3GPP R1-050764，Inter-celll Interference Handing for eUTRA［S］.

［5］李美玲.软频率复用技术研究及其在LTE系统中的应用［D］.北京：北京邮电大学，2007. LI Mei-ling.The Research of Soft Frequency Reuse technology and its application in LTE system［D］.Beijing：Beijing University of Posts and Telecommunications，2007.（in Chinese）

［6］3GPP R1-0560864，Overview of Resource Management Techniques for Interference Mitigation in EUTRA［S］.

［7］Shu Li，Wen Xiangming，Liu Zhongjun.Queue Anlysis of Soft Frequency Reuse Scheme in LTE-Advanced［C］／／Proceedings of the Second International Conference on Computer Modeling and Simulation.Sanya：IEEE，2010：248-252.

［8］3GPP TR25.814 v0.2.1，3GPP Technical Specification Group Radio Access Network，Physical L Layer Aspects for Evolved UTRA［S］.

WAN Xiao-yu was born in Chengdu，Sichuan Province，in 1963.He received the Ph.D.degree in 2006.He is now a professor and the Dean of School of Economics and Management，Chongqing University of Posts and Telecommunications.

刘乙樟（1987—），男，贵州遵义人，硕士研究生，主要研究方向为下一代网络（NGN）技术；

LIU Yi-zhang was born in Zunyi，Guizhou Province，in 1987. He is now a graduate student.His research direction is next generation network（NGN）technology.

Email：liuyz-6126＠163.com

樊自甫（1977—），男，安徽舒城人，2004年获硕士学位，现为副教授、重庆邮电大学通信网络管理研究所主任。

FAN Zi-fu was born in Shucheng，Anhui Province，in 1977. He received the M.S.degree in 2004.He is now an associate professor and the Director of Institute of Network Management，Chongqing University of Posts and Telecommunications.

A Soft Frequency Reuse Improvement Scheme for Suppressing Inter-cell Interference in LTE Systems

WAN Xiao-yu1，LIU Yi-zhang2，FAN Zi-fu3
（1.Economy and Management School，Chongqing University of Posts and Telecommunications，Chongqing 400065，China；2.Communication School，Chongqing University of Posts and Telecommunications，Chongqing 400065，China；3.Institute of Network Management，Chongqing University of Posts and Telecommunications，Chongqing 400065，China）

In order to improve system performance，LTE systems usually adopt a Soft Frequency Reuse（SFR）scheme in which the Frequency Reuse Factor（FRF）is three to suppress co-frequency interference among neighbor cells，butitexists stillspace to improve in areas ofpeak rate and system capacity.So this paper introduces a SFR scheme in which FRF is seven.It can raise the peak rate greatly for users in edge areas of a cell and increase system capacity by combining with adaptive resource scheduling strategy.

LTE system；inter-cell interference；soft frequency reuse；resource scheduling；system capacity

TN915

A

10.3969／j.issn.1001-893x.2012.02.005

万晓榆（1963—），男，四川成都人，2006年获博士学位，现为教授、重庆邮电大学经济管理学院院长；

1001-893X（2012）02-0147-04

2011-09-30；

2012-01-12