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1、3G-5G小区间干扰抑制技术综述一、概述：干扰, 泛指一切进入信道或通信系统对合法信号的正常工作造成了影响非期望信号。移动通信系统的干扰是影响无线网络掉话率、接通率等系统指标的重要因素之一。它严重影响了网络的正常运行和用户的通话质量。1.1、干扰的分类：（1） 、从频段上可分为上行干扰与下行干扰。上行干扰定义为干扰信号在移动网络上行段 , 基站受外界射频干扰源干扰。上行干扰的后果是造成基站覆盖率的降低。物理上看 , 在无上行干扰的情况下 , 基站能够接收较远处手机信号。 当上行干扰出现时 , 期望的手机信号需强于干扰信号, 基站才能与手机联络 , 因此手机必须离基站更近 , 因此造成了基站覆盖
2、率的降低。下行干扰是指干扰源所发干扰信号在移动网络下行频段, 手机接收到干扰信号 , 无法区分正常基站信号 , 使手机与基站联络中断 , 造成掉话或无法登记。 由于基站下行信号通常较强, 对 GSM 来说,当某一下行频点被干扰时, 手机能够选择次强频点 , 与其他基站联络。而CDMA 本身即自扰系统 , 因此上行干扰的危害比下行干扰更严重。（2） 、从频点上可分为同频干扰与非同频干扰。同频干扰广义上是指干扰源占用的频率恰好与正常信号频率相同, 上行下行都存在。但在移动通信网络中,同频干扰特指 GSM 制式中不同基站同一频点的下行信号在同一小区出现, 使手机无法区分不同的基站 , 形成干扰。由于
3、 GSM 制式采用多频点复用 , 相邻小区不会用同一频点。但远处小区功率控制出现问题时, 远处小区同频点信号可能千扰到本小区。（3） 、从干扰源可分为固定频率干扰、随机宽带干扰、 强信号对弱信号的干扰以及互调干扰等。 固定频率干扰是指具有固定频率的干扰源工作于移动通信频段。这种干扰频率几乎不变, 或小范围抖动 , 上下行都可能存在 ; 随机宽带干扰 ,是指具有宽频带或频率随机变化的干扰源工作于移动通信频段, 这种干扰幅度起伏不定 , 频率随机飘动 , 主要存在于上行 ; 强信号对弱信号的干扰 , 是指合法的信号占用合法的频率 , 由于功率过强 , 造成邻近频段接收设备阻塞。 或由于强信号杂散辐
4、射过宽 , 造成对邻接频段的干扰 ; 互调干扰 , 是由于外部一个或多个无线信号源由馈缆进入接收装置的非线性放大器产生的。（4） 、 从通信系统来分可以分为移动通信系统内部干扰和移动通信系统外部干扰。1.2、移动通信系统中干扰的分类（1） 、移动通信系统内部频率的干扰：在2G系统中为提高频率利用率采用了频率复用方式。这虽然增加了系统的容量, 但同时也增加了系统的干扰程度。这些干扰主要包括同频干扰、邻频干扰和互调干扰。（a） 、同频干扰：所谓同频干扰 , 即指无用信号的载频与有用信号的载频相同, 并对接收同频有用信号的接收机造成的干扰。现在一般采用频率复用的技术以提高频谱效率。当小区不断分裂使基
5、站服务区不断缩小, 同频复用系数增加时 , 大量的同频干扰将取代人为噪声和其它干扰, 成为对小区制的主要约束。这时移动无线电环境将由噪声受限环境变为干扰受限环境。当同频干扰的载波干扰比C/I 小于某个特定值时 , 就会直接影响到手机的通话质量, 严重的就会产生掉话或使手机用户无法建立正常的呼叫。(b) 、邻频干扰：所谓邻频干扰 , 即指干扰台邻频道功率落入接收机通带内造成的干扰。由于频率规划原因造成的邻近小区中存在与本小区工作信道相邻的信道或由于某种原因致使基站小区的覆盖范围比设计要求范围大, 均会引起邻频道干扰。当邻频信道的载波干扰比C/I 小于某个特定值时 , 就会直接影响到手机的通话质量
6、,严重的就会产生掉话或使手机用户无法建立正常的呼叫。（c） 、互调干扰：当两个以上 不同频率信号作用于一非线性电路时, 将互相调制 , 产生新频率信号输出 , 如果该频率正好落在接收机工作信道带宽内, 则构成对该接收机的干扰, 我们称这种干扰为互调干扰。 互调干扰 主要是指数模共站的基站 , 由于模拟基站发射机的影响 , 而对数字基站产生的干扰。这种干扰的直接后果是时隙不能使用, 造成基站资源的浪费 , 也会产生掉话。（2） 、外来电波的强烈干扰：由于移动通信是靠空中电波传播的, 当空中某些电波对正在使用的电波产生的干扰达到一定程度时 , 会使信号噪声比下降到标准值以下(影响通话质量 ), 这
7、时手机将自动关闭 , 便出现掉话。这些干扰电波来源非常复杂, 是多方面的 , 例如工业干扰、电源火花干扰和其它的邻近电波干扰等, 这些干扰是很难完全避免的。移动通信系统中无线电波传播的特性, 决定了其在通信过程中必然受到外界多种因素的影响 , 因此, 外来电波的干扰是造成移动通信系统干扰的主要原因之一。二、技术现状：2.1、传统干扰抑制技术在传统移动通信系统中，相邻小区采用不同频段以抑制小区间干扰2.1.1、基于软频率复用的小区间干扰协调软频率复用的核心思想是把小区覆盖范围分为小区中心和小区边缘两种不重叠的区域，在小区边缘采用和传统2G 系统类似的频率复用策略以降低小区间干扰，在小区中心采用全
8、频率复用以提高速率。图1 给出了一种典型的实现方案， 小区中心用户可使用整个频谱， 但使用较小的功率以降低对邻近小区的干扰。 由于其路径损耗较小 , 所以降低功率并不影响其正常使用。对小区的边缘用户，先将整个频带分成3 个互不重叠的子频段，一个小区只使用一个子频段并且相邻小区使用不同的子频段。由于邻小区边缘用户使用互不重叠的频段，边缘用户可以使用较大的功率。该提案简单易行，通过在系统初始化阶段进行一次频率资源规划再辅以一定的资源分配算法即可以实现对小区间干扰的抑制，且软频率复用效率比较高。但它也存在明显的缺点，一是小区边缘频谱效率不高, 通常只能使用 1/3 的频谱资源；二是当 OFDM 系统
9、内各小区的负载随着时间的变化而剧烈变化时，该方法显得很不灵活。 阿尔卡特提出一种改进方案， 该方案的核心是对小区边缘进行了细分， 将整个可用频段分为 7 组。将小区边缘分成 6 个部分，每个部分可用频率为这 7 组中间的其中一组， 不同小区间的相邻小区边缘采用的频带互不重叠。 这使得在确保小区间干扰减小的前提下, 小区边缘可用频率相较于华为的提案显著提高 ( 从1/3 提高到 6/7) 。具体实现如下：在该方案中， 每个小区的中心区域使用全段频率以使中心区域容量最大，而边缘区域被分为 3 部分，每部分又使用不同的频段。 再将整个频段 7 等分，分别与小区中各数字区域部分相对应，如图。这样就实现
10、了各相邻数字区域之间频率的交错，避免了相邻小区间的同频干扰。该方案虽然大大提高了 SINR 值，但这是以频谱利用率作为代价， 系统容量并未得到提高反而下降，如图3。由于 OFDM 系统小区内子载波严格正交，很好地避免了小区内的同频干扰，因此，在某小区边缘区域可以采取由该小区3 个数字区域部分的频率之和。 A 小区的数字 2 区域可以采用频段为 4 和5 的频率，因为小区内的同频干扰已经被正交子载波消除， 因此，A 小区边 80 缘区域就可以共用 2 、4、5 频段的频率资源，占整个频率带宽的 3/7 ，频谱利用率得以提高，系统容量也必然提高，如图4。这种方案虽然可行， 但是必须使用有效的资源调
11、度方法进行控制。当A 小区的数字 2部分调用频段为 4 的频率资源，而 E 小区的数字 6 部分也调用频段为 4 的频率资源，这样，由于两数字区域距离相距太小，小区间的同频干扰较大，误码率会急剧上升，严重影响系统性能，甚至无法保证最低通信质量要求。资源调度方法就是用来杜绝相邻两数字区域使用同一频率造成干扰过大的情况发生。由于用户数和业务量往往都是随机的，很少会出现多个相邻小区同时达到资源短缺的情况， 因此可以通过一定的资源调度方法让资源紧张的小区边缘区域调用同小区的其他频率资源， 而与该小区较近的邻小区不允许再调用该频率资源。A 小区的数字 2 区域已调用频段 4 的频率，那么小区 E的数字
12、6 、7 区域就不能再调用频段为 4 的频率，从而避免小区间同频干扰过大。同样，如果A 小区数字 4 区域已调用频段 5 的频率资源，那么小区 G 的数字3、6 区域就不能调用5 频段频率。这样， A 小区的数字 4 边缘区域就可占用整个频段的3/7 ，系统容量得以提升， 满足更多用户的需求； 而G 小区的数字 3 和6 边缘区域不能再调用频段 5，但仍可互相调用， 所占频率也能达到整个频段的2/7 ，不会导致系统容量下降过大。 如果不采用资源调度算法， 频率复用因子为 7 的软频率复用方案中各小区中每个数字区域的可用频率为整个频段的1/7 ， 虽然其 SINR 值相对于频率复用因子为 3 的
13、软频率复用方案有较明显提高， 但是对于小区边缘区域容量却有较大的降低。采用合理的资源调度算法，不仅可以明显增大SINR 值，也可使各小区边缘部分的可用频率达到 3/7 ，这样小区边缘区域的容量相对频率复用因子为3 的软频率复用方案就有较大 105 提升，如图 4 所示。2.1.2、 结论本文给出了一种频率复用因子为7 的软频率复用方案来抑制小区间干扰， 相对较常用的频率复用因子为3 的软频率复用方案， 该方案在小区边缘区域部分获得了更高的用户峰值速率，使整个系统容量得到提升。软频率复用基本不需要在基站间交换信息，优点是计算复杂度低， 信令开销也很低， 具有较高的可行性。但软频率复用使得小区边缘
14、只能使用部分频谱资源，吞吐量受影响， 难以实现高速率传输 ，这是软频率复用技术的根本缺陷。2.2、CDMA 系统中常用的干扰抑制技术2.2.1、功率控制在CDMA 系统中，功率控制是无线资源管理的核心技术之一，它对于克服 “远近效应” 、减小小区间干扰、增加系统容量和提高系统性能具有重要作用。在移动通信的上行链路中， 如果小区内的所有用户均以相同功率发射，则靠近基站移动台到达的信号强， 远离基站移动台到达的信号弱， 导致强信号掩盖弱信号的“远近效应”。CDMA是同一小区内多个用户同一时刻共同使用同一频率的系统，因此“远近效应”更加突出。为了克服CDMA系统的“远近效应”，应对移动台进行功率控制
15、。 在下行链路中， 位于小区边缘的移动台受其它相邻小区的干扰，导致接收信号恶化，产生“边缘效应” ，为了克服这种效应 , 也需要对基站实行功率控制。功率控制技术可补偿传输损耗、解决“远近效应”和“边缘效应”问题、增加系统容量和提高系统性能， 从而更好地发挥第三代移动通信系统的优势。按照不同的分类标准，功率控制技术可分为不同的类型。（1） 、按通信的上下行链路方向，功率控制可分为：（a） 、上行链路功率控制：它又称反向功率控制， 用于控制移动台的发射功率， 保证基站收到各个移动台发射的信号功率或信噪比（SNR ）基本相等，这样既能有效克服“远近效应”，又能使移动台在满足自身服务质量（Qos ）要
16、求的情况下， 尽可能降低发射功率，从而延长移动台的电池寿命。（b） 、下行链路功率控制：它又称前向功率控制，用于控制基站的发射功率，使所有移动台收到的基站发射信号功率或信噪比基本相等，从而克服“角效应”，并可使基站的平均发射功率减小，有效降低小区间干扰。（2） 、集中式和分布式功率控制（a） 、集中式功率控制它是指在网络端进行功率控制， 根据接收端接收的信号功率和各条链路的增益整体，调整发射端的发射功率。 在已发表的论文中， 对集中式功控作过分析研究，证明它能通过几次迭代， 快速收敛到一个最佳的发射功率向量。由于集中式功控需知道所有链路的信息， 会造成很大的时延， 而且计算复杂度很高， 在实际系统中很难实现，但它可提供功率控制的性能范围。（b） 、分布式功率控制它是在接收端进行的功率控制，根据接收端的接收信号功率及其链路增益，单独调整自身发射功率。 这种方式只需了解接收端自身的局部信息，算法比较简单，在实际系统中易于采用。（3） 、开环功率控制、外环功率控制和内环功率控制（a） 、开环功率控制主要用于随机接入过程中。 在移动台准备发起呼叫时， 先接收基站发射的广播信号，估计下行链
