詞語解釋
小區(qū)間干擾消除（Cell Interference Cancellation，CIC）是一種技術，它能夠有效消除小區(qū)間的干擾，從而提高通信系統(tǒng)的性能。 小區(qū)間干擾消除技術是一種基于信號處理的技術，它可以有效消除小區(qū)間的干擾，從而提高通信系統(tǒng)的性能。它的工作原理是，當一個小區(qū)接收到另一個小區(qū)發(fā)出的信號時，通過信號處理技術，就可以把另一個小區(qū)發(fā)出的信號從接收信號中消除掉，從而減少小區(qū)間的干擾。 小區(qū)間干擾消除技術的應用非常廣泛，主要用于移動通信、無線寬帶等領域。在移動通信中，小區(qū)間干擾消除技術可以有效消除小區(qū)間的干擾，從而提高系統(tǒng)的性能，提高信號的傳輸質(zhì)量，提高通信系統(tǒng)的容量，從而滿足用戶的需求。 在無線寬帶領域，小區(qū)間干擾消除技術可以有效消除小區(qū)間的干擾，從而提高系統(tǒng)的性能，提高信號的傳輸質(zhì)量，提高系統(tǒng)的容量，從而滿足用戶的需求。此外，小區(qū)間干擾消除技術還可以用于室內(nèi)定位、無線網(wǎng)絡覆蓋等領域。 總之，小區(qū)間干擾消除技術是一種有效的技術，它可以有效消除小區(qū)間的干擾，從而提高通信系統(tǒng)的性能，提高信號的傳輸質(zhì)量，提高系統(tǒng)的容量，從而滿足用戶的需求。它的應用非常廣泛，可以用于移動通信、無線寬帶、室內(nèi)定位、無線網(wǎng)絡覆蓋等領域。 (1)基于多天線接收終端的空間干擾壓制技術 這種技術又稱為干擾抑制合并(Interference Reiection Combining，IRC)接收技術。它不依賴任何額外的發(fā)射端配置，只是利用從兩個相鄰小區(qū)到UE的空間信道差異區(qū)分服務小區(qū)和干擾小區(qū)的信號。理論上說，配置雙接收天線的LIE應可以分辨兩個空間信道。這項技術雖然不需要對發(fā)射端做任何額外的標準化工作，但不依賴任何額外的信號區(qū)分手段(如頻分、碼分、交織器分)，而僅依靠空分(Space Division)手段，很難取得滿意的干擾消除效果。而且這項技術是接收機實現(xiàn)技術，并不需要進行標準化。 (2)基于干擾重構/減去的干擾消除技術 這種技術是通過將干擾信號解調(diào)/解碼后，對該干擾信號進行重構(Reconstruction)，然后從接收信號中減去。如果能將干擾信號分量準確減去，剩下的就是有用信號和噪聲。這無疑是一種更為有效的干擾消除技術，當然由于需要完全解調(diào)甚至解碼干擾信號，因此也對系統(tǒng)的設計如資源塊分配、信道估計、同步、信令等提出了更高要求或帶來了更多限制。在LTE中得到深入研究的干擾消除技術主要是基于IDMA的迭代干擾消除技術。 IDMA技術的核心，正如上面指出的，是在不同小區(qū)使用不同的偽隨機信道交織器。當IDMA作為一種干擾隨機化的手段時，其效果與小區(qū)間加擾并無明顯差異。IDMA技術的優(yōu)勢在于可以通過迭代干擾消除獲得更佳的干擾抑制性能。文獻說明了IDMA系統(tǒng)可以通過迭代干擾消除獲得顯著的性能增益，但小區(qū)加擾的系統(tǒng)卻無法通過迭代干擾消除獲得明顯的性能增益。正如文獻中指出的，基于小區(qū)加擾系統(tǒng)的迭代接收機會發(fā)生導致“錯誤擴散”的“正反饋”現(xiàn)象，而IDMA系統(tǒng)卻可以有效地防止這種有害現(xiàn)象。在文獻中，仿真結果說明基于IDMA的迭代干擾消除技術可以使小區(qū)邊緣吞吐量(即5%CDF吞吐量)獲得50%的性能增益：在小區(qū)平均吞吐量方面，也有5%的性能增益。 雖然基于IDMA的迭代干擾消除技術可以獲得明顯的小區(qū)邊緣性能增益，但正如文獻指出的，這種技術也對LTE系統(tǒng)的其他方面提出了更高的要求或造成了更多的限制。主要包括以下幾方面。 ①資源分配方面的限制。為了能有效地解調(diào)、解碼干擾小區(qū)的信號，要求在每個干擾消除的周期內(nèi)，干擾小區(qū)和被干擾小區(qū)在重疊的頻譜上發(fā)送給各自的終端的信號必須包含且僅包含一個完整的信道編碼塊。 三種資源塊分配的情況。第一種情況下，干擾小區(qū)中的一個編碼塊和被干擾小區(qū)的一個編碼塊正好重疊，此時ICI干擾消除是簡單的“雙用戶檢測”。在第二種情況下，被干擾小區(qū)中的一個編碼塊和干擾小區(qū)的兩個編碼塊重疊，此時雖然仍可以進行ICI干擾消除，但必須要進行相對復雜的“三用戶檢測”。在第三種情況下，被干擾小區(qū)中的一個編碼塊只對應于干擾小區(qū)的一個不完全的編碼塊，此時由于干擾信號無法被正確解碼，因此無法采用ICI消除 如何保證支持低復雜度的ICI消除的資源塊分配情形呢?基于兩種情形來考慮這個問題：有小區(qū)間信令的支持和無小區(qū)間信令的支持。如果有小區(qū)間信令的支持，則相鄰小區(qū)可以通過相互協(xié)商確定一種相同的資源塊分配方案。但是這種協(xié)商可能相當復雜，而且基站之間很難實現(xiàn)頻繁的直接信令交互，即使能夠?qū)崿F(xiàn)，也會大大增加系統(tǒng)的處理延時和復雜度。 �、谛盘柛袷将@得方面的限制。由于迭代干擾消除需要完整的解調(diào)/解碼干擾信號，這就要求接收機獲得干擾信號的完全信息，包括信道信息、資源調(diào)度信息和信號格式(如調(diào)制方式和信道碼率)。這些信息通常只會在本小區(qū)的控制信令中廣播，不會向相鄰小區(qū)發(fā)送。相對而言，信道估計所需的導頻格式較易獲得，因為每個小區(qū)的導頻圖案和序列是和該小區(qū)的Cell ID一一對應的，可以通過在小區(qū)搜索/重選過程中獲得的相鄰小區(qū)ID列表得知相鄰小區(qū)使用的導頻格式。不過，即使獲得了相鄰小區(qū)的導頻信息，對相鄰小區(qū)信道進行準確信道的估計也是困難的，因為即使LTE系統(tǒng)的小區(qū)間導頻設計近似于正交，也是為保證本小區(qū)信道估計的準確性而設計的，但是干擾小區(qū)的導頻的接收功率會明顯小于本小區(qū)，信道估計質(zhì)量是否能保證干擾信號的準確解調(diào)值得懷疑。 調(diào)度信息和信號格式則更難獲取。一種可能是通過網(wǎng)絡將干擾小區(qū)的相關信息傳送到本小區(qū)的eNode B，再通過本小區(qū)的控制信道下發(fā)，但這種方法不僅會造成eNode B之間的大量信息交互(很可能超出了基站之間X2接口的能力)，也會使本小區(qū)內(nèi)空中接口的控制信令開銷大大增加。如果不通過本小區(qū)的eNode B轉發(fā)，就需要UE具備直接解調(diào)相鄰小區(qū)控制信道的能力。同樣，LTE控制信道的設計雖然具有抗小區(qū)間干擾的能力，但并不意味著干擾小區(qū)的控制信道也能保證正確解調(diào)。 ③對小區(qū)間同步的要求。迭代干擾消除需要本小區(qū)和干擾小區(qū)的接收信號保持符號級同步和時隙級同步(Inter-eNode B Synchronization)。原則上，LTE標準應支持小區(qū)間異步系統(tǒng)，因此迭代干擾消除也對系統(tǒng)的同步提出了更高要求。當然，由于同步系統(tǒng)顯而易見的性能優(yōu)勢，尤其是可以有效支持MBMS系統(tǒng)的SFN多小區(qū)合并，LTE系統(tǒng)在實際部署中可能會主要考慮同步場景。但是，即使是同步系統(tǒng)，由于UE距離兩個eNode B的距離存在差異，傳播延遲造成接收信號失步始終是存在的。當這種失步的影響超出了CP可以解決的范圍時，就會引入額外的干擾。文獻認為這種干擾相對小區(qū)間干擾造成的額外性能下降是輕微的，但它仍然是一個令人擔心的問題。 �、芙邮諜C復雜度。迭代干擾消除雖然已經(jīng)在學術界研究了很長時間，但產(chǎn)業(yè)界對這種算法的復雜度仍存在普遍擔憂。隨著迭代次數(shù)的增加，接收機的處理復雜度和時間復雜度可能成倍增加，可能提高終端的成本，并帶來額外的處理延遲。為了盡量控制復雜度，基于IDMA的迭代干擾消除技術可能需要將消除的范圍控制在只消除最強的一個干擾小區(qū)，忽略其他次強的干擾源。在多個干擾源強度近似的情況下，殘余干擾過大。 �、萁豢椘髟O計。IDMA需要采用偽隨機生成方法生成交織器，以滿足對多個信道交織器的需求。這將改變3GPP傳統(tǒng)的信道交織器設計，隨機交織器的性能和設計方法都需要重新研究。 出于上述對基于IDMA的干擾消除技術存在問題的擔心，LTE最終沒有采用這種技術，而僅作為一種干擾隨機化技術，IDMA無法體現(xiàn)出相對小區(qū)加擾技術的優(yōu)勢。因此，LTE仍沿用傳統(tǒng)的、為3GPP熟知的小區(qū)加擾方法作為基本的小區(qū)區(qū)分手段。 綜上所述，LTE除了考慮采用IRC接收這種不需要標準化的技術以獲取基本的干擾消除效果以外，并未采用更先進的小區(qū)間干擾消除技術，而主要依靠小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術提高小區(qū)邊緣性能。但是干擾協(xié)調(diào)技術在實際部署中還是受到諸多限制。因此，未來在LTE進一步演進時，小區(qū)間干擾消除技術仍是值得進一步考慮的技術。
(1)基于多天線接收終端的空間干擾壓制技術 這種技術又稱為干擾抑制合并(Interference Reiection Combining，IRC)接收技術。它不依賴任何額外的發(fā)射端配置，只是利用從兩個相鄰小區(qū)到UE的空間信道差異區(qū)分服務小區(qū)和干擾小區(qū)的信號。理論上說，配置雙接收天線的LIE應可以分辨兩個空間信道。這項技術雖然不需要對發(fā)射端做任何額外的標準化工作，但不依賴任何額外的信號區(qū)分手段(如頻分、碼分、交織器分)，而僅依靠空分(Space Division)手段，很難取得滿意的干擾消除效果。而且這項技術是接收機實現(xiàn)技術，并不需要進行標準化。 (2)基于干擾重構/減去的干擾消除技術 這種技術是通過將干擾信號解調(diào)/解碼后，對該干擾信號進行重構(Reconstruction)，然后從接收信號中減去。如果能將干擾信號分量準確減去，剩下的就是有用信號和噪聲。這無疑是一種更為有效的干擾消除技術，當然由于需要完全解調(diào)甚至解碼干擾信號，因此也對系統(tǒng)的設計如資源塊分配、信道估計、同步、信令等提出了更高要求或帶來了更多限制。在LTE中得到深入研究的干擾消除技術主要是基于IDMA的迭代干擾消除技術。 IDMA技術的核心，正如上面指出的，是在不同小區(qū)使用不同的偽隨機信道交織器。當IDMA作為一種干擾隨機化的手段時，其效果與小區(qū)間加擾并無明顯差異。IDMA技術的優(yōu)勢在于可以通過迭代干擾消除獲得更佳的干擾抑制性能。文獻說明了IDMA系統(tǒng)可以通過迭代干擾消除獲得顯著的性能增益，但小區(qū)加擾的系統(tǒng)卻無法通過迭代干擾消除獲得明顯的性能增益。正如文獻中指出的，基于小區(qū)加擾系統(tǒng)的迭代接收機會發(fā)生導致“錯誤擴散”的“正反饋”現(xiàn)象，而IDMA系統(tǒng)卻可以有效地防止這種有害現(xiàn)象。在文獻中，仿真結果說明基于IDMA的迭代干擾消除技術可以使小區(qū)邊緣吞吐量(即5%CDF吞吐量)獲得50%的性能增益：在小區(qū)平均吞吐量方面，也有5%的性能增益。 雖然基于IDMA的迭代干擾消除技術可以獲得明顯的小區(qū)邊緣性能增益，但正如文獻指出的，這種技術也對LTE系統(tǒng)的其他方面提出了更高的要求或造成了更多的限制。主要包括以下幾方面。 ①資源分配方面的限制。為了能有效地解調(diào)、解碼干擾小區(qū)的信號，要求在每個干擾消除的周期內(nèi)，干擾小區(qū)和被干擾小區(qū)在重疊的頻譜上發(fā)送給各自的終端的信號必須包含且僅包含一個完整的信道編碼塊。 三種資源塊分配的情況。第一種情況下，干擾小區(qū)中的一個編碼塊和被干擾小區(qū)的一個編碼塊正好重疊，此時ICI干擾消除是簡單的“雙用戶檢測”。在第二種情況下，被干擾小區(qū)中的一個編碼塊和干擾小區(qū)的兩個編碼塊重疊，此時雖然仍可以進行ICI干擾消除，但必須要進行相對復雜的“三用戶檢測”。在第三種情況下，被干擾小區(qū)中的一個編碼塊只對應于干擾小區(qū)的一個不完全的編碼塊，此時由于干擾信號無法被正確解碼，因此無法采用ICI消除 如何保證支持低復雜度的ICI消除的資源塊分配情形呢?基于兩種情形來考慮這個問題：有小區(qū)間信令的支持和無小區(qū)間信令的支持。如果有小區(qū)間信令的支持，則相鄰小區(qū)可以通過相互協(xié)商確定一種相同的資源塊分配方案。但是這種協(xié)商可能相當復雜，而且基站之間很難實現(xiàn)頻繁的直接信令交互，即使能夠?qū)崿F(xiàn)，也會大大增加系統(tǒng)的處理延時和復雜度。 �、谛盘柛袷将@得方面的限制。由于迭代干擾消除需要完整的解調(diào)/解碼干擾信號，這就要求接收機獲得干擾信號的完全信息，包括信道信息、資源調(diào)度信息和信號格式(如調(diào)制方式和信道碼率)。這些信息通常只會在本小區(qū)的控制信令中廣播，不會向相鄰小區(qū)發(fā)送。相對而言，信道估計所需的導頻格式較易獲得，因為每個小區(qū)的導頻圖案和序列是和該小區(qū)的Cell ID一一對應的，可以通過在小區(qū)搜索/重選過程中獲得的相鄰小區(qū)ID列表得知相鄰小區(qū)使用的導頻格式。不過，即使獲得了相鄰小區(qū)的導頻信息，對相鄰小區(qū)信道進行準確信道的估計也是困難的，因為即使LTE系統(tǒng)的小區(qū)間導頻設計近似于正交，也是為保證本小區(qū)信道估計的準確性而設計的，但是干擾小區(qū)的導頻的接收功率會明顯小于本小區(qū)，信道估計質(zhì)量是否能保證干擾信號的準確解調(diào)值得懷疑。 調(diào)度信息和信號格式則更難獲取。一種可能是通過網(wǎng)絡將干擾小區(qū)的相關信息傳送到本小區(qū)的eNode B，再通過本小區(qū)的控制信道下發(fā)，但這種方法不僅會造成eNode B之間的大量信息交互(很可能超出了基站之間X2接口的能力)，也會使本小區(qū)內(nèi)空中接口的控制信令開銷大大增加。如果不通過本小區(qū)的eNode B轉發(fā)，就需要UE具備直接解調(diào)相鄰小區(qū)控制信道的能力。同樣，LTE控制信道的設計雖然具有抗小區(qū)間干擾的能力，但并不意味著干擾小區(qū)的控制信道也能保證正確解調(diào)。 ③對小區(qū)間同步的要求。迭代干擾消除需要本小區(qū)和干擾小區(qū)的接收信號保持符號級同步和時隙級同步(Inter-eNode B Synchronization)。原則上，LTE標準應支持小區(qū)間異步系統(tǒng)，因此迭代干擾消除也對系統(tǒng)的同步提出了更高要求。當然，由于同步系統(tǒng)顯而易見的性能優(yōu)勢，尤其是可以有效支持MBMS系統(tǒng)的SFN多小區(qū)合并，LTE系統(tǒng)在實際部署中可能會主要考慮同步場景。但是，即使是同步系統(tǒng)，由于UE距離兩個eNode B的距離存在差異，傳播延遲造成接收信號失步始終是存在的。當這種失步的影響超出了CP可以解決的范圍時，就會引入額外的干擾。文獻認為這種干擾相對小區(qū)間干擾造成的額外性能下降是輕微的，但它仍然是一個令人擔心的問題。 �、芙邮諜C復雜度。迭代干擾消除雖然已經(jīng)在學術界研究了很長時間，但產(chǎn)業(yè)界對這種算法的復雜度仍存在普遍擔憂。隨著迭代次數(shù)的增加，接收機的處理復雜度和時間復雜度可能成倍增加，可能提高終端的成本，并帶來額外的處理延遲。為了盡量控制復雜度，基于IDMA的迭代干擾消除技術可能需要將消除的范圍控制在只消除最強的一個干擾小區(qū)，忽略其他次強的干擾源。在多個干擾源強度近似的情況下，殘余干擾過大。 �、萁豢椘髟O計。IDMA需要采用偽隨機生成方法生成交織器，以滿足對多個信道交織器的需求。這將改變3GPP傳統(tǒng)的信道交織器設計，隨機交織器的性能和設計方法都需要重新研究。 出于上述對基于IDMA的干擾消除技術存在問題的擔心，LTE最終沒有采用這種技術，而僅作為一種干擾隨機化技術，IDMA無法體現(xiàn)出相對小區(qū)加擾技術的優(yōu)勢。因此，LTE仍沿用傳統(tǒng)的、為3GPP熟知的小區(qū)加擾方法作為基本的小區(qū)區(qū)分手段。 綜上所述，LTE除了考慮采用IRC接收這種不需要標準化的技術以獲取基本的干擾消除效果以外，并未采用更先進的小區(qū)間干擾消除技術，而主要依靠小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術提高小區(qū)邊緣性能。但是干擾協(xié)調(diào)技術在實際部署中還是受到諸多限制。因此，未來在LTE進一步演進時，小區(qū)間干擾消除技術仍是值得進一步考慮的技術。
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