【正文】 系統(tǒng)的干擾是隨著覆蓋距離的增加而增加的，處于小區(qū)邊緣的用戶干擾最為嚴(yán)重。為了提高LTE系統(tǒng)容量，必須采取有效的頻率復(fù)用技術(shù)。CDMA系統(tǒng)處理增益使得即使是小區(qū)邊緣的用戶也可以采用N=1的頻率復(fù)用方式，即同頻組網(wǎng)。由于小區(qū)間干擾隨機(jī)化算法并沒有真正地減少干擾，小區(qū)間干擾消除算法只能消除主要的特定干擾源，所以重點(diǎn)分析小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)算法。干擾協(xié)調(diào)：對小區(qū)邊緣可用的時(shí)頻資源做一定的限制；通過資源管理機(jī)制(時(shí)頻分配或空間隔離)，把鄰小區(qū)信號分離，避免干擾產(chǎn)生。干擾隨機(jī)化雖不能降低干擾能量，但能使干擾類似噪聲，接收端可通過處理增益進(jìn)行干擾抑制。小區(qū)間干擾消除的方法主要有干擾隨機(jī)化、干擾協(xié)調(diào)、干擾消除接收算法、功控等。(3)小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)(ICIC)算法 小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)算法通過協(xié)調(diào)約束各個(gè)小區(qū)的下行資源（包括時(shí)頻資源及功率等）的管理來消除干擾。(1)小區(qū)間干擾隨機(jī)化算法 隨機(jī)化算法的目的是對干擾信號進(jìn)行隨機(jī)化處理。為了解決這個(gè)問題， 3GPP在LTE技術(shù)研究過程中分析了各種小區(qū)之間的干擾消除技術(shù)。更加準(zhǔn)確地講，當(dāng)相同的頻率資源被相鄰的小區(qū)復(fù)用時(shí)，基于OFDM技術(shù)的LTE系統(tǒng)就會產(chǎn)生干擾。 . 干擾抑制技術(shù) 子載波之間的正交特性是OFDM技術(shù)一個(gè)非常重要的特性，因?yàn)檫@會消除小區(qū)內(nèi)部的干擾。否則，如果UE在半靜態(tài)分配的子幀上檢測到用其CRNTI加擾的PDCCH，PDCCH中所分配的資源將會覆蓋半靜態(tài)分配的資源， UE不對半靜態(tài)資源進(jìn)行解碼。重傳也可通過PDCCH顯式指示。當(dāng)UE能夠進(jìn)行下行鏈路接收時(shí)(UE的活動由DRX控制)，為了得到可能分配給該UE的資源，UE需要一直監(jiān)視PDCCH。圖25上行調(diào)度示意圖(1)UE通過調(diào)度請求申請上行傳輸；(2)調(diào)度區(qū)不需要詳細(xì)的資源調(diào)度區(qū)內(nèi)容來分配初始資源；(3)更詳細(xì)的緩沖區(qū)狀態(tài)報(bào)告后緊跟著進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；(4)為每個(gè)UE分配上行鏈路； (5) UE在RB之間進(jìn)行優(yōu)先排序；(6)在3GPP中，仍然保留開放性接口。重傳可以在半靜態(tài)分配的資源上進(jìn)行，或者是在通過PDCCH顯式分配的資源上進(jìn)行。網(wǎng)絡(luò)側(cè)在預(yù)定義的PRB上用預(yù)定義的MCS進(jìn)行解碼。此外，EUTRAN可以為UE分配半靜態(tài)上行鏈路資源，該資源用于HARQ首次傳輸及可能進(jìn)行的重傳：(1) RRC定義半靜態(tài)調(diào)度周期；(2) PDCCH指示上行鏈路調(diào)度是否為半靜態(tài)資源，即PDCCH所指示的上行鏈路資源是否可隱式用于所有半靜態(tài)調(diào)度TTI，其半靜態(tài)調(diào)度間隔為RRC所定義的半靜態(tài)調(diào)度周期。在上行鏈路上， EUTRAN可以在每個(gè)TTI上通過用UE的CRNTI加擾的PDCCH為UE動態(tài)分配資源(PRB和MCS)。. 上行調(diào)度 上行調(diào)度位于LTE系統(tǒng)的MAC層，但是涉及RRC層的參數(shù)下發(fā)和配置過程，以及物理層的信令和過程。LTE系統(tǒng)配置高帶寬時(shí)，在較大時(shí)延擴(kuò)展的環(huán)境中，信道具有頻選特性；在多用戶調(diào)度中，通過調(diào)度算法為合適的用戶分配合適的頻帶資源，可以提升小區(qū)平均吞吐量和頻譜效率。(3) PF (Proportional Fair，比例公平算法) PF算法同時(shí)兼顧了用戶公平性和小區(qū)吞吐率兩個(gè)性能指標(biāo)，盡量讓具有高傳輸速率的用戶分配資源時(shí)具有高優(yōu)先級，同時(shí)也通過平均速率調(diào)整來保證用戶的公平性。(2) RR (Round Robin，輪循算法) 基于公平性的考慮，通過輪循的方式給每個(gè)用戶以傳輸機(jī)會，保證小區(qū)內(nèi)的用戶按照某種確定的順序循環(huán)占用等時(shí)間的無線資源進(jìn)行通信。為了更好地適應(yīng)無線環(huán)境中帶寬有限、用戶移動性、信道的易錯(cuò)和誤碼的突發(fā)性等特點(diǎn)，提高無線系統(tǒng)性能，提出了很多適合無線信道的高效分組調(diào)度算法，其中比較有代表性并在實(shí)際系統(tǒng)中采用的有以下3種：(1) Max CIR (Max Carrier to Interference，最大載干比調(diào)度算法) 是一種典型的利用“多用戶分集效果”來實(shí)現(xiàn)最大化系統(tǒng)容量的調(diào)度算法。. 調(diào)度技術(shù)快速分組調(diào)度技術(shù)是在分組數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)上提供帶寬分配和復(fù)用，它是實(shí)現(xiàn)LTE系統(tǒng)頻率分集和多用戶分集增益的重要保證之一。圖24上行虛擬MIMO示意圖上行虛擬MIMO技術(shù)并不會增加終端發(fā)送的復(fù)雜度，但在基站端，需要完成用戶的選擇配對和多用戶的檢測。上行虛擬MIMO技術(shù)中，每個(gè)終端只有單個(gè)發(fā)送通道，多個(gè)終端可以組成虛擬的上行MUMIMO傳輸，由于上行虛擬MIMO是多用戶MIMO傳輸方式，每個(gè)終端的導(dǎo)頻信號需要采用不同的正交導(dǎo)頻序列以利于估計(jì)上行信道信息。傳統(tǒng)MIMO傳輸對于發(fā)送端來說是可控的，即可以選擇發(fā)送的天線數(shù)和流數(shù)，但是在虛擬MIMO中，終端只是單流天線傳輸，并沒有意識到其他發(fā)送終端的存在，但從接收端的角度看，是一個(gè)多發(fā)多收模式，由多個(gè)發(fā)送終端和基站組成一個(gè)虛擬多發(fā)多收的MIMO系統(tǒng)。（2）上行虛擬MIMO虛擬MIMO技術(shù)通常用在上行傳輸中，主要原因是終端的天線數(shù)少于基站的天線數(shù)。多用戶MIMO系統(tǒng)中，接收端不僅接收到多天線基站發(fā)送給自己的經(jīng)過信道響應(yīng)的信號，還有基站發(fā)送給其他終端的經(jīng)過信道響應(yīng)的信號，以及加性噪聲，后兩項(xiàng)對于相應(yīng)終端來說，都是干擾。其核心思想是當(dāng)發(fā)射端已知干擾時(shí)，對干擾進(jìn)行補(bǔ)償，此時(shí)的信道容量和系統(tǒng)中沒有干擾時(shí)一樣，對于多用戶MIMO來說，其他用戶發(fā)射信號造成的干擾在基站側(cè)是已知的，理論上也可以通過設(shè)計(jì)線性預(yù)編碼抑制該干擾。理論上，多用戶MIMO的信道容量與廣播信道的容量是一致的。由于小間距天線能夠形成有明確指向性的波束，因此多用戶MIMO適用于小間距、高相關(guān)天線系統(tǒng)。多用戶MIMO技術(shù)利用多天線提供的空間自由度分離用戶，各個(gè)用戶可以占用相同的時(shí)頻資源，信號依賴發(fā)射端的信號處理算法抑制多用戶之間的干擾，通過時(shí)頻資源復(fù)用方式有效地提高小區(qū)平均吞吐量。多用戶雙流波束賦形技術(shù)利用了智能天線的波束定向原理，實(shí)現(xiàn)多用戶的空分多址。圖22 單用戶雙流波束賦形（2）多用戶 多用戶雙流波束賦形技術(shù)如圖23所示。由基站測量上行信道，得到上行信道狀態(tài)信息后，基站根據(jù)上行信道信息計(jì)算兩個(gè)賦形矢量，利用該賦形矢量對要發(fā)射的兩個(gè)數(shù)據(jù)流進(jìn)行下行賦形。. 雙流波束賦形 根據(jù)調(diào)度用戶的情況不同，雙流波束賦形技術(shù)可以分為單用戶雙流波束賦形技術(shù)和多用戶雙流波束賦形技術(shù)。自適應(yīng)波束賦形器可依據(jù)用戶信號在空間傳播的不同路徑，最佳地形成方向圖，在不同到達(dá)方向上給予不同的天線增益，實(shí)時(shí)地形成窄波束對準(zhǔn)用戶信號，而在其他方向盡量壓低旁瓣，采用指向性接收，從而提高系統(tǒng)的容量。切換波束是對固定波束的擴(kuò)展，將每個(gè)120176。固定波束即天線的方向圖是固定的，把基站中的3個(gè)120176。因此，在進(jìn)行波束賦形時(shí)，可以不利用終端來反饋所需信息，來波方向和路損信息可以在基站側(cè)通過測量上行接收信號獲得，并且不需要上行使用多根天線進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。波束賦形通過調(diào)整天線陣列中的每個(gè)陣元產(chǎn)生具有指向性的波束，從而獲得明顯的陣列增益。. 波束賦形 波束賦形(Beamforming，BF)與線性預(yù)編碼在操作上有很多相似之處，但是其工作原理與預(yù)編碼不同。從理論角度來說，可以根據(jù)每個(gè)子信道的傳輸能力，按照類似注水定理的原則對每個(gè)數(shù)據(jù)流的功率分配進(jìn)行優(yōu)化，提高M(jìn)IMO鏈路的信道容量，同時(shí)可用自適應(yīng)調(diào)制編碼的方式使每個(gè)子信道的傳輸速率最大化。預(yù)編碼可以采用線性或非線性的方法，但由于復(fù)雜度等方面的原因，在目前的無線通信系統(tǒng)中只考慮線性預(yù)編碼。. 預(yù)編碼技術(shù) 預(yù)編碼技術(shù)通過反饋的方式獲取信道狀態(tài)信息，從而可以通過一定的預(yù)處理方式對各個(gè)數(shù)據(jù)流的功率、速率乃至發(fā)射方向進(jìn)行優(yōu)化，并有可能通過預(yù)處理在發(fā)射機(jī)預(yù)先消除數(shù)據(jù)流之間的部分或全部干擾，以獲得更好的性能。發(fā)射分集主要是利用空間信道的弱相關(guān)性，結(jié)合時(shí)間/頻率上的選擇性，為信號的傳遞提供更多的副本，提高信號傳輸?shù)目煽啃裕瑥亩纳平邮招盘柕男旁氡取，F(xiàn)代通信系統(tǒng)中，基站一般會裝置多根天線，天線間距較大時(shí)，天線間的衰落相關(guān)性是較低的，因此恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)發(fā)送方式可以獲得空間發(fā)射分集增益。這是因?yàn)椋讵?dú)立衰落的假設(shè)下，當(dāng)一些信號發(fā)生深衰落時(shí)，可能另一些信號的衰落較輕，各路信號同時(shí)發(fā)生深衰落的概率是很低的，從而發(fā)生信號深衰落的概率也大大降低。分集技術(shù)需要接收端接收到多個(gè)重復(fù)的發(fā)射信號，這些發(fā)射信號攜帶同樣的信息，其衰落在統(tǒng)計(jì)上有較低的相關(guān)性。廣義上來說，智能天線技術(shù)也可以算作一種天線分集技術(shù)。對于發(fā)射分集技術(shù)來說，同樣是利用多條路徑的增益來提高系統(tǒng)的可靠性。舉例來說，在慢瑞利衰落信道中，使用1根發(fā)射天線和n根接收天線，發(fā)送信號通過n條不同的路徑到達(dá)接收機(jī)。傳統(tǒng)的多天線被用來增加分集度從而克服信道衰落。LTE最后確定僅采用集中映射的方式來實(shí)現(xiàn)，從實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度來看更簡單，對于頻率分集增益的獲得，可以通過子幀內(nèi)的跳頻來實(shí)現(xiàn)。SCFDMA的子載波映射分為兩種方式：（1）集中式FDMA 每個(gè)終端用戶分配一段連續(xù)的子載波：每個(gè)終端用戶的帶寬為系統(tǒng)帶寬的1/Q（假設(shè)有Q個(gè)用戶）。通過在發(fā)射機(jī)的IFFT處理前對系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)擴(kuò)展處理，其中最典型的就是用離散傅里葉變換進(jìn)行擴(kuò)展，即DFTsOFDM技術(shù)。因此，LTE的上行技術(shù)目前主要采用SCFDMA，對LTE上行物理設(shè)計(jì)來說，單載波技術(shù)可以降低對終端功放的要求，提高功放效率。因此，采用OFDM調(diào)制方式，可以克服多徑時(shí)延帶來的干擾，使得接收端實(shí)現(xiàn)更為簡單，有效提高了MBMS業(yè)務(wù)的接收性能。對于多小區(qū)MBMS業(yè)務(wù)，它采取不同地理位置的多個(gè)基站同時(shí)發(fā)送相同的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，在終端對信號進(jìn)行合并接收方式。因此，MIMO系統(tǒng)帶來的額外復(fù)雜度可以控制在較低的水平(隨天線數(shù)量呈線性增加)。同時(shí)，通過在頻域上的多用戶調(diào)度可以獲得明顯的多用戶調(diào)度增益。對此，OFDM系統(tǒng)可以將整個(gè)系統(tǒng)帶寬分成若干個(gè)小的頻帶，分別進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)制和編碼操作，從而在保證誤碼率的同時(shí)提高系統(tǒng)吞吐量。（5）頻域調(diào)度與自適應(yīng) OFDMA系統(tǒng)可以在不同的頻帶采用不同的調(diào)制編碼方式，以更好地適應(yīng)信道的頻率選擇性。因此，針對LTE向?qū)拵Щl(fā)展的趨勢，OFDM系統(tǒng)對于大帶寬的有效支持成為其相對于單載波技術(shù)(如CDMA)的最大優(yōu)勢。（2）接收信號處理簡單，降低了接收機(jī)的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度 對于OFDM多址的符號調(diào)制方式，數(shù)據(jù)并行地在多個(gè)子載波上進(jìn)行傳輸，對于每個(gè)子載波，多徑時(shí)延對傳輸數(shù)據(jù)造成的影響并不嚴(yán)重，采用簡單的濾波器就可以補(bǔ)償信道傳輸帶來的損失，所以O(shè)FDM系統(tǒng)可以極大地減少接收端的復(fù)雜程度。圖21 OFDM發(fā)送機(jī)及接收機(jī)OFDMA技術(shù)主要有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢：（1）頻譜效率高OFDMA可以實(shí)現(xiàn)小區(qū)內(nèi)各用戶的正交，從而有效避免用戶間干擾，實(shí)現(xiàn)很高的系統(tǒng)容量。一個(gè)RB在頻域上包含12個(gè)連續(xù)的子載波，在時(shí)域上包含7個(gè)連續(xù)的OFDM符號(在擴(kuò)展CP情況下為6個(gè))，即頻域?qū)挾葹?80kHz。 但是，如果不使用信道編碼，將傳輸信道劃分為多個(gè)窄帶子信道的優(yōu)點(diǎn)并不能對時(shí)變信道表現(xiàn)出健壯性， LTE下行鏈路是將OFDM、信道編碼和HARQ技術(shù)結(jié)合起來克服發(fā)生在子信道上的深度衰落和干擾。. OFDM技術(shù)綜述 OFDM技術(shù)是將頻率選擇性寬帶信道劃分成若干重疊但是相互正交的非頻率選擇性窄帶信道，這就避免了需要利用保護(hù)帶寬來分隔載波，因此使得OFDM系統(tǒng)具有較高的頻譜利用率。根據(jù)LTE系統(tǒng)的上/下行傳輸方式的特點(diǎn)，無論是下行OFDMA還是上行SCFDMA，都保證了使用不同頻譜資源用戶間的正交性。根據(jù)3GPP LTE協(xié)議規(guī)定，其下行方向采用基于循環(huán)前綴(Cyclic Prefix，CP)的OFDMA；上行方向采用基于循環(huán)前綴的單載波頻分多址SCFDMA (Single Carrier Frequency Division Multiplexing Access)。依據(jù)信號在頻時(shí)域的波形以及空域的特征，多址技術(shù)可以分為頻分多址(FDMA)、時(shí)分多址(TDMA)、碼分多址(CDMA)和空分多址(SDMA)。多址接入技術(shù)的基本原理是利用為不同用戶發(fā)送信號特征上的差異來區(qū)分用戶。多址接入技術(shù)是用于基站與多個(gè)用戶間在無線電信道中建立通信鏈路的一種信號調(diào)制方式。同時(shí)，通過在OFDM符號之間插入保護(hù)間隔，令保護(hù)間隔大于無線信道的最大時(shí)延擴(kuò)展，可以最大限度地消除由于多徑帶來的符號間干擾（ISI）。OFDM技術(shù)的原理是將高速數(shù)據(jù)流通過串/并變換，分配到傳輸速率相對較低的若干個(gè)相互正交的子信道中進(jìn)行傳輸。業(yè)務(wù)應(yīng)用開始滲透到社會的各個(gè)角落，大大提高人們生活的便利性和效率，為社會信息化和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。這個(gè)階段應(yīng)該算是LTE發(fā)展的成熟階段，網(wǎng)絡(luò)覆蓋基本到位，終端涵蓋上網(wǎng)卡、CPE、智能手機(jī)、行業(yè)終端等各種類型。此階段為業(yè)務(wù)極大豐富的階段，用戶開始快速增長。(2) LTE在發(fā)展期階段，網(wǎng)絡(luò)覆蓋開始擴(kuò)大，終端也從單一的數(shù)據(jù)類終端，發(fā)展到推出移動智能手持終端。無線寬帶上網(wǎng)業(yè)務(wù)最能直接體現(xiàn)帶寬和速率提升，但同時(shí)也是對網(wǎng)絡(luò)帶寬占用最大的業(yè)務(wù)。與3G發(fā)展的階段類似，受限于手持終端的豐富程度不足和功能性不強(qiáng)的問題，以及網(wǎng)絡(luò)覆蓋不到位，LTE需要逐步完善，從業(yè)務(wù)的發(fā)展來看，移動寬帶業(yè)務(wù)將會沿著不同的階段逐步發(fā)展。. 移動寬帶業(yè)務(wù)和應(yīng)用的發(fā)展趨勢 作為新一代寬帶無線接入技術(shù)的主流技術(shù)，LTE在網(wǎng)絡(luò)能力和成本上都較3G有著明顯的優(yōu)勢。3G對移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展起到了很好的推動作用，但是受限于網(wǎng)絡(luò)承載能力的局限性，大規(guī)模推動和普及移動多媒體業(yè)務(wù)和移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，僅僅依靠3G是很難實(shí)現(xiàn)的。而3G對于這些大容量帶寬需求的業(yè)務(wù)無法提供規(guī)模商用后的良好支撐，用戶會感覺業(yè)務(wù)體驗(yàn)沒有想象中的好，網(wǎng)絡(luò)容量和速率的壓力巨大。屆時(shí)，就急需一個(gè)大帶寬、高容量的新型網(wǎng)絡(luò)來提供支撐。當(dāng)然，不同的技術(shù)設(shè)計(jì)、不同的算法、不同的頻率配置、不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境等因素會影響平均吞吐量， 技術(shù)越先進(jìn)，應(yīng)該越接近峰值吞吐量。按照典型的網(wǎng)絡(luò)配置和用戶規(guī)模計(jì)算，平均每用戶能夠使用的帶寬是200~300kbit/s。3G、LTE乃至4G宣傳和公布的速率都是系統(tǒng)的峰值速率，而用戶使用業(yè)務(wù)需要的是網(wǎng)絡(luò)能夠提供給每個(gè)用戶的平均速率。. LTE FDD/TDLTE與2G/3G網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)承載能力對比 用戶對帶寬的需求在不斷地增長，推動無線網(wǎng)絡(luò)不斷演進(jìn)和發(fā)展。