论文部分内容阅读
摘要：为了提高LTE系统容量而必须要采取有效的频率复用技术，所以LTE系统中干扰协调的手段之一就是频率复用技术，本文对多种频率复用方式进行了讨论，并进行了总结。
关键词：LTE频率规划频率复用
中图分类号： G322 文献标识码： A 文章编号：
前言：
在以CDMA 技术为基础的第三代移动通信系统中， 由于CDMA 采用信道编码和扩频技术，每个话务信道可以获得较大的内部处理增益，从而可以有效地对邻小区干扰进行抑制。在实际网络中，CDMA系统处理增益使得即使是小区边缘的用户也可以采用N=1 的频率复用方式，即同频组网。而以OFDMA 技术为基础的LTE 系统的空中接口没有使用扩频技术，由此，信道编码技术所产生的处理增益相对较小，降低了小区边缘的干扰消除能力。为了提高LTE 系统容量而必须要采取有效的频率复用技术，所以LTE 系统中干扰协调的手段之一就是频率复用技术，一种好的频率复用方式可以使LTE 系统达到最佳性能。
频率复用方式
方式1
有一部分子载波用于小区边缘用户，该部分子载波可采用全功率发射并且相邻小区间的载波是正交的，从而避免绝大部分干扰的产生。而小区中心的用户可以使用全部带宽载波，但对收发的功率有一定限制，从而即使同一载波被复用也不会产生太多的ICI 干扰。
方式2
在此方案中，每个小区中的子载波被分为两组，一组称为主子载波，另一组称为辅子载波。主子载波可以在全部小区范围内使用，而辅子载波只可以使用在小区的中心区域。这样要求子载波的分配方式使得相邻小区边界使用的子载波均应相互正交，使用相同频率子载波的用户距离足够远，从而有效地避免或减小相邻小区在边缘的用户的同频干扰。对于小区中心的用户, 由于其本身距离基站较近，且收到外小区的干扰较小，所以可以采用比较低的功率进行传输，而对于小区边缘的用户则恰好相反。所以一般情况下，主子载波允许的最大发射功率比辅子载波允许的最大发射功率高。在功率谱密度一定的情况下，分配给主子载波更多的功率意味着为主子载波分配了更宽的带宽，辅子载波与主子载波的发射功率比可在0 到1 之间进行调整，对应的有效频率复用系数则从3 到1 间变化。当Power Radio 为0 时，相当于频率复用因子为3 的小区复用；当Power Radio 为1 时，相当于频率复用因子为1 的小区复用；PowerRadio 的大小可以基于业务分布的变化进行动态调整。
通过调整辅子载波和主子载波的功率比，软频率复用可以适应每个小区的业务分布变化。当高业务量发生在小区边缘时，功率比设定为相对较小的值来获得较高的小区边缘吞吐量；相反，当业务量主要集中在小区内部时，可以设置较大的功率比。
上述两种方式都比较简单，所以在LTE 系统中常用作半静态资源分配方式的基础。然而，这两种方式也有着明显的问题：首先，对于小区边缘用户来说频率利用率不高，通常只有1/3。其次，不能够随着系统负载变化而变化，如果网络负载发生变化，这个方式就不是最佳的了。
方式3
表示了频率复用方式4。整个工作频段被分为N 个子波段，其中X 子波段服务于小区边缘用户，其余的N -3X 个子波段服务于小区中心用户。服务于小区边缘的X 子波段与相邻小区之间是正交的，而服务于小区中心用户的N -3X 子波段可以用于所有小区。小区边缘用户使用的频率会根据小区负载的变化而变化，也就是说，如果有多于一个子波段被用于小区边缘用户，则服务于小区中心用户的子波段就要相应地减少3 个。通常会根据终端的位置信息（接收相邻小区功率与接收本小区功率的比值）来分配终端具体使用哪个子载波组。
方式4
方式4 将整个频域资源S 在系统初始化阶段被分割为N （考虑到系统的完全覆盖，N ＝ 7 或N ＝ 9）个互不相交的子集Sn （n ＝ 1，2，…，N ），每一个Sn 与一个扇区Cn 相对应，所有扇区都被划分为内、外两层。对于内层的移动终端，被分配到的传输子载波可以是集合S 的任何一个子集合。而对于外层区域的移动终端，以扇区C1 为考察对象，当扇区C6 内有一个移动终端运动到扇区边缘区域靠近扇区C1 时，扇区C6 将只会在集合S1 中分配相应资源给该终端传输数据。与扇区C1 相邻的其它扇区（如C2、C3、C4、C5、C7、）的情况也是如此。这也就是说对于每一个扇区，处在其边缘区域的用户只可能分配整个系统资源的一部分，这样可以确保分别处于两个相邻扇区的边缘区域的用户所分配到的频域资源不会相交，从而可以在一定程度上减轻小区间的干扰。在这种方案中，扇区的内层区域频率复用因子为1，外层频率复用因子为N ，表示为Fn 。每个小区分配一个子载波集Fn ，以供接近本小区但归属于邻小区的用户使用。这样，对于一个接近本小区但不归属本小区的用户，将会分配一个不同于本小区边缘用户所使用的子载波集。将小区Cn 简单的标识为n 。例如如果终端T1 按照箭头所示接近小区1 时，其所用的频率资源就会从子载波集F1 中进行分配。这样，在小区中心（内环）区域，所有的载波都互不干扰。这种由于网络规划以及仅在小区边缘区域考虑的干扰协调机制将会导致频率可用性只是轻微降低。
方式5
方式5 是基于优先级的资源分配。在相邻小区中，对于不同的频率块赋予不同的优先级。
该方法将整个频段分成多个子波段，每个小区的各个子波段的分配被赋予不同的优先级，每个具有较高优先级的子波段将被分配给具有较高的发射功率的终端。子波段分配优先级的原则是，尽量使相邻小区间采用高功率传输的重叠区的配置最小化，另外也可以将多个子波段赋予同样的優先级。当每个小区的负载是1/3时，3 个小区间的干扰在理想的情况下可以很好的避免。当每个小区的负载为2/3时的资源分配情况。
方式6
不同于纯粹的静态配置方式，在方式6 中，频率子波段的分配数量取决于小区边缘的负载情况。如果此时相邻小区在边缘处也有类似的传输速率要求，整个频率资源将会被平分为3 份，每个小区使用1/3的频率资源；如果其中一个小区的速率要求低于其相邻小区的边缘速率要求，则后者可以在边缘区域使用多于1/3 的频率资源。这样，既可以保证频率资源得到有效地利用，同时还避免了对小区边缘终端的过度干扰。
这种预留频率子波段的半静态频率协调的分配原理，相邻小区为不同小区边缘终端的资源调度配置了不同的预留子波段。例如在初始的无线网络的预留频率资源配置期间，小区1 边缘的负载大于相邻小区的负载，此时小区1 就会被分配最多的子波段数； 小区3、5、7 的边缘的网络负载为平均水平，所以它们所分配得子波段数量就会相对少一点；而小区2、4、6 则由于边缘负载最低而被分配了最少数量的子波段。
结束语
不同频率复用方式将会影响LTE 系统的频谱效率及网络容量。不同频率复用方式对频谱效率的影响是有区别的。从上述6 种频率复用方式来看，半静态的频率协调管理机制将是LTE 系统中主要采用的频率复用方式。这种频率复用方式主要特点如下。小区中心区域频率复用系数为1，即小区中心的用户占用整个系统带宽；小区边缘区域频率复用系数随着网络负载情况动态进行调整，平均频率复用系数为1/3 ；小区不同区域其允许的终端发射功率会有所不同，边缘区域允许终端以更高的发射功率来传输数据。
参考文献：
[1]马洪涛;;TD-LTE系统频率复用仿真分析[J];现代电子技术;2011年21期
[2]张琳;赵培;成梦虹;3G网络规划工具中传播模型校正要点的实例分析[J];电信工程技术与标准化;2009年01期
[3]董江波;李楠;高鹏;;从系统设计分析LTE系统覆盖与容量规划[J];电信科学;2010年08期
关键词：LTE频率规划频率复用
中图分类号： G322 文献标识码： A 文章编号：
前言：
在以CDMA 技术为基础的第三代移动通信系统中， 由于CDMA 采用信道编码和扩频技术，每个话务信道可以获得较大的内部处理增益，从而可以有效地对邻小区干扰进行抑制。在实际网络中，CDMA系统处理增益使得即使是小区边缘的用户也可以采用N=1 的频率复用方式，即同频组网。而以OFDMA 技术为基础的LTE 系统的空中接口没有使用扩频技术，由此，信道编码技术所产生的处理增益相对较小，降低了小区边缘的干扰消除能力。为了提高LTE 系统容量而必须要采取有效的频率复用技术，所以LTE 系统中干扰协调的手段之一就是频率复用技术，一种好的频率复用方式可以使LTE 系统达到最佳性能。
频率复用方式
方式1
有一部分子载波用于小区边缘用户，该部分子载波可采用全功率发射并且相邻小区间的载波是正交的，从而避免绝大部分干扰的产生。而小区中心的用户可以使用全部带宽载波，但对收发的功率有一定限制，从而即使同一载波被复用也不会产生太多的ICI 干扰。
方式2
在此方案中，每个小区中的子载波被分为两组，一组称为主子载波，另一组称为辅子载波。主子载波可以在全部小区范围内使用，而辅子载波只可以使用在小区的中心区域。这样要求子载波的分配方式使得相邻小区边界使用的子载波均应相互正交，使用相同频率子载波的用户距离足够远，从而有效地避免或减小相邻小区在边缘的用户的同频干扰。对于小区中心的用户, 由于其本身距离基站较近，且收到外小区的干扰较小，所以可以采用比较低的功率进行传输，而对于小区边缘的用户则恰好相反。所以一般情况下，主子载波允许的最大发射功率比辅子载波允许的最大发射功率高。在功率谱密度一定的情况下，分配给主子载波更多的功率意味着为主子载波分配了更宽的带宽，辅子载波与主子载波的发射功率比可在0 到1 之间进行调整，对应的有效频率复用系数则从3 到1 间变化。当Power Radio 为0 时，相当于频率复用因子为3 的小区复用；当Power Radio 为1 时，相当于频率复用因子为1 的小区复用；PowerRadio 的大小可以基于业务分布的变化进行动态调整。
通过调整辅子载波和主子载波的功率比，软频率复用可以适应每个小区的业务分布变化。当高业务量发生在小区边缘时，功率比设定为相对较小的值来获得较高的小区边缘吞吐量；相反，当业务量主要集中在小区内部时，可以设置较大的功率比。
上述两种方式都比较简单，所以在LTE 系统中常用作半静态资源分配方式的基础。然而，这两种方式也有着明显的问题：首先，对于小区边缘用户来说频率利用率不高，通常只有1/3。其次，不能够随着系统负载变化而变化，如果网络负载发生变化，这个方式就不是最佳的了。
方式3
表示了频率复用方式4。整个工作频段被分为N 个子波段，其中X 子波段服务于小区边缘用户，其余的N -3X 个子波段服务于小区中心用户。服务于小区边缘的X 子波段与相邻小区之间是正交的，而服务于小区中心用户的N -3X 子波段可以用于所有小区。小区边缘用户使用的频率会根据小区负载的变化而变化，也就是说，如果有多于一个子波段被用于小区边缘用户，则服务于小区中心用户的子波段就要相应地减少3 个。通常会根据终端的位置信息（接收相邻小区功率与接收本小区功率的比值）来分配终端具体使用哪个子载波组。
方式4
方式4 将整个频域资源S 在系统初始化阶段被分割为N （考虑到系统的完全覆盖，N ＝ 7 或N ＝ 9）个互不相交的子集Sn （n ＝ 1，2，…，N ），每一个Sn 与一个扇区Cn 相对应，所有扇区都被划分为内、外两层。对于内层的移动终端，被分配到的传输子载波可以是集合S 的任何一个子集合。而对于外层区域的移动终端，以扇区C1 为考察对象，当扇区C6 内有一个移动终端运动到扇区边缘区域靠近扇区C1 时，扇区C6 将只会在集合S1 中分配相应资源给该终端传输数据。与扇区C1 相邻的其它扇区（如C2、C3、C4、C5、C7、）的情况也是如此。这也就是说对于每一个扇区，处在其边缘区域的用户只可能分配整个系统资源的一部分，这样可以确保分别处于两个相邻扇区的边缘区域的用户所分配到的频域资源不会相交，从而可以在一定程度上减轻小区间的干扰。在这种方案中，扇区的内层区域频率复用因子为1，外层频率复用因子为N ，表示为Fn 。每个小区分配一个子载波集Fn ，以供接近本小区但归属于邻小区的用户使用。这样，对于一个接近本小区但不归属本小区的用户，将会分配一个不同于本小区边缘用户所使用的子载波集。将小区Cn 简单的标识为n 。例如如果终端T1 按照箭头所示接近小区1 时，其所用的频率资源就会从子载波集F1 中进行分配。这样，在小区中心（内环）区域，所有的载波都互不干扰。这种由于网络规划以及仅在小区边缘区域考虑的干扰协调机制将会导致频率可用性只是轻微降低。
方式5
方式5 是基于优先级的资源分配。在相邻小区中，对于不同的频率块赋予不同的优先级。
该方法将整个频段分成多个子波段，每个小区的各个子波段的分配被赋予不同的优先级，每个具有较高优先级的子波段将被分配给具有较高的发射功率的终端。子波段分配优先级的原则是，尽量使相邻小区间采用高功率传输的重叠区的配置最小化，另外也可以将多个子波段赋予同样的優先级。当每个小区的负载是1/3时，3 个小区间的干扰在理想的情况下可以很好的避免。当每个小区的负载为2/3时的资源分配情况。
方式6
不同于纯粹的静态配置方式，在方式6 中，频率子波段的分配数量取决于小区边缘的负载情况。如果此时相邻小区在边缘处也有类似的传输速率要求，整个频率资源将会被平分为3 份，每个小区使用1/3的频率资源；如果其中一个小区的速率要求低于其相邻小区的边缘速率要求，则后者可以在边缘区域使用多于1/3 的频率资源。这样，既可以保证频率资源得到有效地利用，同时还避免了对小区边缘终端的过度干扰。
这种预留频率子波段的半静态频率协调的分配原理，相邻小区为不同小区边缘终端的资源调度配置了不同的预留子波段。例如在初始的无线网络的预留频率资源配置期间，小区1 边缘的负载大于相邻小区的负载，此时小区1 就会被分配最多的子波段数； 小区3、5、7 的边缘的网络负载为平均水平，所以它们所分配得子波段数量就会相对少一点；而小区2、4、6 则由于边缘负载最低而被分配了最少数量的子波段。
结束语
不同频率复用方式将会影响LTE 系统的频谱效率及网络容量。不同频率复用方式对频谱效率的影响是有区别的。从上述6 种频率复用方式来看，半静态的频率协调管理机制将是LTE 系统中主要采用的频率复用方式。这种频率复用方式主要特点如下。小区中心区域频率复用系数为1，即小区中心的用户占用整个系统带宽；小区边缘区域频率复用系数随着网络负载情况动态进行调整，平均频率复用系数为1/3 ；小区不同区域其允许的终端发射功率会有所不同，边缘区域允许终端以更高的发射功率来传输数据。
参考文献：
[1]马洪涛;;TD-LTE系统频率复用仿真分析[J];现代电子技术;2011年21期
[2]张琳;赵培;成梦虹;3G网络规划工具中传播模型校正要点的实例分析[J];电信工程技术与标准化;2009年01期
[3]董江波;李楠;高鹏;;从系统设计分析LTE系统覆盖与容量规划[J];电信科学;2010年08期